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Operación de Parques Eólicos |
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Los altos costos de operación y
mantención de las turbinas eólicas reducen la eficiencia económica de los
Parque Eólicos. Uno de las principales causas de estos altos costos son las
mantenciones no programadas debido a fallas inesperadas. El principal remedio
para este problema lo constituye el Análisis continúo o habitual de la
operación de las turbinas, de manera de detectar anomalías de operación antes
que las fallas se produzcan. Por otra parte, es habitual que
las turbinas eólicas generen menos potencia eléctrica que la especificada por
el fabricante a través de la curva de potencia garantizada. Lo cual tiene como
consecuencia una disminución de los ingresos económicos del Parque Eólico.
Para conseguir que la turbina alcance la potencia garantizada es necesario
medir y analizar la curva de potencia real de la turbina, con el objeto de
identificar las causa de esta disminución y realizar las acciones correctivas
necesarias. 1- Análisis de la Operación de Parque Eólicos
El Análisis de la operación de
Parque Eólicos permite identificar los eventuales problemas que presenta
normalmente la operación de un parque eólico, los cuales pueden ser la causa
de: ·
generación real
del Parque Eólico sea menor a la generación teórica o máxima ·
las turbinas del
parque eólico presenta fallas mecánicas o eléctricas antes de cumplirse la
vida útil de estos componentes. Las principales fuentes para
realizar el análisis de la operación de un Parque Eólico son: ·
el análisis de
los datos provistos por los sistemas SCADA (Supervisory
Control And Data Acquisition) de las turbinas
eólicas. ·
la obtención y
análisis de la curva de potencia real de las turbinas eólicas (de acuerdo a
la norma IEC 61400-12), y su comparación
con la curva de potencia teórica o garantizada. ·
el análisis de
los datos obtenidos de la operación del parque medidos con sensores
adicionales a los que las turbinas poseen de fábrica, como por ejemplo datos
de vibraciones obtenidos con acelerómetros puestos en las partes mecánicas,
etc. ·
el análisis de
los datos obtenidos de las inspecciones a las turbinas, como por ejemplo la
cantidad de partículas en los lubricantes de los componentes mecánicos, el
estado de las aspas de la turbina, el estado de desgaste o corrosión de la
partes de la turbina, etc. El objetivo del Análisis de la
operación de un parque eólico es la corrección a tiempo de los problemas de puesta a punto,
alineamiento, definición de parámetros de operación ,
fallas que presenten las turbinas y la anticipación en la ocurrencia de
estas. De manera que el Parque Eólico opere a máxima eficiencia energética,
maximizando la energía generada y minimizando sus costos de operación y
mantención. 2- Análisis de los datos provenientes de los sistemas SCADA de las turbinas
Los sistemas SCADA de turbina
eólicas proveen información del estado de operación de la turbina. Esta
información incluye en general los valores en tiempo real de las siguientes
variables: valores sensados por los instrumentos
meteorológicos de la turbina (velocidad y dirección del viento, temperatura y
presión atmosférica), la potencia eléctrica generada por la turbina (activa y
reactiva), la frecuencia; el valor del ángulo de orientación del rotor de la
turbinas respecto del viento y del ángulo de pitch de las aspas; la
temperatura, aceleraciones y vibraciones de los componentes críticos de la
turbina. Esta gran cantidad de valiosa información permite principalmente
realizar los siguientes análisis: ·
estimar la curva
de potencia de las turbinas considerando como datos la velocidad y dirección del viento y otros
valores medidos por los instrumentos
de las propias turbinas. ·
comparar las
curvas de potencia de las turbinas del parque eólico. ·
comparar la
generación instantánea de las turbinas del parque eólico. ·
comparar los
ángulos de alineamientos de los rotores de las turbinas respecto de la
dirección del viento. ·
estudiar el
comportamiento mecánico de los principales componentes de la turbina, de
manera de detectar anomalías, ineficiencias u operación fuera de rango. ·
estudiar el
comportamiento eléctrico de la turbina frente variaciones del voltaje y
frecuencia de la red, y frente a variaciones extremas de las variables
meteorológicas. ·
estudiar la
interrelación entre las variables de operación antes mencionadas, verificando
que la turbina se encuentra operando dentro de su rango de diseño. Lo interesante del análisis de los
datos provenientes de los sistemas SCADA, es que permiten a un costo muy bajo
y, en algunos casos, en tiempo real la
detección de importantes anomalías en el funcionamiento de una turbina
eólica, así como la predicción de futuras fallas. Ecoingenieros ofrece el Análisis independiente de los datos
provenientes de los sistemas SCADA de turbinas eólicas y del Parque Eólico
completo, incluyendo la identificación
de anomalías de la operación del Parque Eólico, de manera de anticipar las
eventuales fallas en las turbinas. Una limitación importante de la
información provista por los sistemas SCADA de una turbina eólica se refiere
a la medición de la velocidad y dirección del viento que enfrenta la turbina.
Debido a que los sensores meteorológicos propios de las turbina eólicas que
miden estas cantidades se encuentran aguas abajo del rotor de esta, y además
se encuentran muy cercanos a la góndola. Esta interferencia resulta en que
los valores medidos por estos sensores no
tengan, en una gran cantidad de ocasiones, la exactitud necesaria para
medir con confiabilidad la curva de
potencia de la máquina. 3- Obtención y análisis de la curva de potencia de las turbinas eólicas
La curva de potencia de una
turbina eólica muestra la potencia eléctrica generada en función de la
velocidad del viento. Esta curva muestra la eficiencia aerodinámica, mecánica
y eléctrica con que la turbina opera, dando cuenta de la eficiencia económica
del Parque Eólico operan. Dado que la velocidad del
viento es una variable aleatoria difícil de medir con exactitud, es necesario
realizar su medición mediante un procedimiento estandarizado, de manera que
las medidas obtenidas tengan una incertidumbre pequeña y dentro de un rango
conocido. Para estos efectos, la industria eólica ha adoptado en forma
generalizada el procedimiento para medir la velocidad del viento para
elaborar la curva de potencia establecida en la norma IEC 61400-12. La
metodología especificada en esta norma, permite que la medición de la curva
de potencia sea consistente, precisa y
reproducible. Es decir, la metodología de medición de la norma IEC 61400-12
permite lo siguiente: ·
superar la
precisión y confiabilidad de la curva de potencia obtenida con los
instrumentos meteorológicos y sistema de control de la turbina eólica. ·
Identificar con
exactitud y confiabilidad la operación de la turbina con errores en
orientación del rotor en relación a la velocidad del viento. ·
Identificar la
operación de la turbina con errores en la posición del ángulo de paso de las
aspas. ·
Identificar la
operación de la turbina con errores en especificación o seteo
de parámetros de operación. ·
obtener una curva
de potencia con la suficiente certeza para exigir el cumplimiento de
garantías de desempeño a terceros, como por ejemplo, el fabricante de las
turbinas o empresas encargadas de la reparación o mantención de estas
máquinas. Ecoingenieros ofrece el servicio de medición de la curva de
potencia de acuerdo a la norma IEC 61400-12. 4- Medición y análisis de datos obtenidos con sensores adicionales a los del
sistema SCADA
Las turbinas eólicas cuentan
con un sistema de control SCADA que permite monitorear los componentes
estructurales, mecánicos y eléctricos de estas máquinas. Dado la complejidad
de estos sistemas de control, y el ambiente hostil y complejo de operación de
estas turbinas, es recomendable hacer
un monitoreo de esta máquinas utilizando sensores adicionales a los del
sistema SCADA. De esta manera se podrá comprobar que los sensores y sistema
de control propios de la turbina se encuentran operando correctamente y se
encuentran midiendo las variables de operación de la turbina con una adecuada
precisión. Las principales variables que
es recomendable medir con sensores adicionales a los del sistema SCADA de la
turbina son: ·
ángulo de
orientación del rotor respecto a la velocidad del viento. ·
Velocidad angular
del rotor. ·
Velocidad y
dirección del viento. ·
Aceleraciones en
los puntos críticos de la turbina (eje de baja velocidad, caja de
velocidades, eje de alta velocidad, generador eléctrico, chasis de la
góndola, torre) ·
Torque en el eje
de baja velocidad de la turbina. ·
Posición del eje
de baja velocidad. ·
Temperatura del
aceite de la caja de velocidades y generador eléctrico. ·
Voltaje,
corriente y frecuencia del generador eléctrico. ·
Presión de los
sistemas hidráulicos de la turbina. El análisis de las anteriores
variables permite detectar anomalías de operación, identificando patrones que
ayudan a identificar futuras fallas, antes que están ocurran. Ecoingenieros ofrece el servicio de medición y análisis de las
variables descritas en los párrafos anteriores. 5- Inspección técnica y análisis de datos de turbinas eólicas La inspección de la turbinas
entrega información valiosa sobre el estado de operación de estas máquinas.
Dentro de esta información destaca por su importancia la siguiente: ·
la contaminación
y propiedades físicas de los lubricantes de la turbina, en especial el aceite de la caja de velocidades. ·
el desgaste y
oxidación de los elementos de los sistemas de orientación de la góndola y del
ángulo de paso de las aspas del rotor, como engranajes, cremalleras y
superficies de desgaste. ·
las aislaciones
eléctricas de los conductores y otros equipos eléctricos. ·
el estado de los
intercambiadores de calor, y sus fluidos, pertenecientes a los sistemas de
refrigeración de la caja de velocidades y los equipos de electrónica de
potencia. ·
el estado de
desgaste o erosión de las aspas del rotor de la turbina. La anterior información y su
análisis es necesaria para evitar fallas en la turbina y hacer posible que
esta opere cercana a su máxima eficiencia. 6- Inspección y análisis de lubricantes y desgaste
La lubricación de una turbina
eólica es uno de los factores que más afectan a su vida disponibilidad y vida
útil. En el caso de turbinas con caja de engranajes, la lubricación de este
componente es vital para que la máquina opere en forma eficiente, tanto en el
aspecto técnico como en el aspecto económico. En general la caja de engranajes de una turbina eólica
tiene una garantía otorgada por el fabricante de 2 años, de manera que para
la vida útil de este componente alcance la vida útil de diseño de 20 años, es
necesario ejecutar un riguroso programa de Análisis de Lubricación y
Desgaste. El Análisis de Lubricación y
Desgaste antes mencionado constituye una parte vital de la mantención
predictiva de la turbina eólica y en especial de la caja de engranajes. Las principales acciones que
incluye el Análisis antes descrito es el siguiente: ·
Análisis de
desgaste, incluyendo: el reconocimiento de desgaste anormal de piezas,
identificando el tipo de desgaste y los componentes que se están desgastando. ·
Análisis de la
degradación del lubricante. ·
Análisis de las
condiciones de operación del lubricante como temperatura, tipo y nivel de
contaminación por partículas. 7- Análisis del comportamiento eléctrico del Parque Eólico
El comportamiento eléctrico del
Parque Eólico conectado a la red eléctrica influye sobre la cantidad de
energía generada por la central, afecta la vida útil del parque y la calidad
de la energía de los consumidores. En este aspecto es necesario
analizar y revisar continuamente los siguientes aspectos: ·
Rango de voltaje
y frecuencia de operación de las turbinas eólicas durante la operación. ·
Rango de voltaje
y frecuencia de operación de las turbinas eólicas en el punto de conexión del
Parque Eólico a la red. ·
Variaciones
máximas y mínimas de voltaje y frecuencia en el punto de conexión. ·
Proceso de
desconexión de las turbinas por problemas de la red eléctrica. ·
Verificar que se
cumplan las características eléctricas garantizadas por el fabricante de las
turbinas, específicamente las
características técnicas medidas de acuerdo a la norma IEC61400-21. ·
Verificar que se
cumplan los rangos de voltaje y frecuencia que debe proveer la red eléctrica.
Las conclusiones de los
análisis de la operación de turbinas y parque eólicos antes descritos, (a) análisis
de los datos provenientes de los sistemas SCADA, b) análisis de la curva de
potencia, c) análisis de datos obtenidos con sensores adicionales a los del
sistema SCADA, d) análisis de datos obtenidos en inspecciones y e) análisis
de lubricantes y 8- Acciones Correctivas. Las conclusiones de los
análisis de la operación de turbinas y parque eólicos antes descritos, (a)
análisis de los datos provenientes de los sistemas SCADA, b) análisis de la
curva de potencia, c) análisis de datos obtenidos con sensores adicionales a
los del sistema SCADA, d) análisis de datos obtenidos en inspecciones y e)
análisis de lubricantes y desgaste.) definirán las
acciones correctivas que es recomendable realizar en las turbinas eólicas. Dentro de estas acciones
correctivas las más habituales son las siguientes ·
Cambio de
sensores meteorológicos ·
Ajuste de
parámetros del sistema de control de la turbina. ·
Cambio se
sensores de posición de orientación de la góndola respecto del viento. ·
Cambio de
sensores del ángulo de paso de las aspas. ·
Cambio anticipado
de lubricantes y filtros. ·
Cambio anticipado
de rodamientos, anticipando una falla. ·
Reemplazo de
componentes mayores de la turbina. |
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