Principios de control avanzado en procesos de generación de energía

En el mundo de la fabricación, la palabra "reajuste" muchas veces es temida por significar "producción perdida". En otras palabras, las plantas – o al menos parte de la planta – deben desconectarse para que los equipos sean actualizados. Y una máquina ociosa significa menos producción.

Quizás en ningún sitio este concepto es más temido que en la industria de generación de energía, donde programar una interrupción del servicio significa menos electricidad, vapor o calor para la planta de producción

Sin embargo, el reajuste de equipos está siendo una parte necesaria del trabajo porque las compañías de generación de energía de todo el mundo están enfrascadas en la tarea de cubrir las necesidades de expansión global de la industria a la vez que se mantienen las emisiones de gases de efecto invernadero (GHG).

Si prestamos atención al mundo del control de procesos avanzado, sin embargo, podemos encontrar una alternativa viable para cumplir las regulaciones del gobierno en emisiones GHG a la vez que se incrementa la producción de energía, calor y vapor sin una revisión general del proceso. Específicamente, muchas instalaciones de fabricantes en industrias como químicas, refino y papel han optado por integrar subsistemas de plantas con sus sistemas de control distribuido (DCS) para maximizar la productividad y mejorar la eficiencia total. Aplicando este mismo concepto al mundo de generación de energía con el propósito de reducir las emisiones de GHG puede ayudar a los generadores de electricidad y vapor.

Avanzando en el conocimiento del proceso

Conforme se incrementa la utilización del equipo de generación de energía, así lo hace la creación de emisiones de GHG. Para combatir este problema y conseguir los standards establecidos por los gobiernos para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), las compañías de generación de energía están aplicando tecnologías de soluciones de energías avanzadas.

NOx es un subproducto del proceso de combustión y su generación se incrementa conforme más caliente es la temperatura de la llama usada en el proceso. Cuando se combina con compuestos orgánicos volátiles, el NOx puede crear smog o contaminación de ozono a nivel del suelo en climas cálidos con poco viento – causando problemas respiratorios a los humanos.

Para cumplir con estas regulaciones emergentes, las compañías de generación de energía deben reajustar sus calderas, instalar nuevas calderas o realzar los procesos de producción para conseguir mayor eficiencia.

El reacondicionamiento de las viejas calderas o instalar nuevas puede ser problemático. Esto es debido a que es impracticable cerrar una planta de producción de energía cuando la demanda de energía continúa creciendo. Programando una parada forzada, una planta de generación de energía tendrá que interrumpir su producción a los clientes industriales – lo cual no es un escenario ideal para las compañías de generación.

En todo tipo de operaciones de energía industrial, hay varios factores relativamente fijos que afectan a la operación total de la planta y requieren medidas de optimización efectivas. Estas incluyen diseño de calderas, condiciones del agua de enfriamiento, tipo de quemadores, diseño de las condiciones del vapor y controles ambientales que capturan y eliminan contaminantes. Por otra parte, optimizando la operación de los subsistemas de planta tomando en consideración estos múltiples parámetros puede mejorarse la eficiencia y utilización de equipos, y cumplir asimismo los standards ambientales. Esto puede conseguirse con software en vez de sustituyendo o reajustando equipos de capital costosos.

Este software de eficiencia energética avanzada se fundamenta en el mundo de control de procesos avanzados y optimización, integrando funciones que van desde el control de la combustión y control de presión de vapor, a control de planta, optimización del rendimiento de planta y control tie-line. El núcleo de esta aproximación implica la integración de esta tecnología con la arquitectura DCS (en muchos artículos hemos hablado de DCS, ver por ejemplo "Transferencia online de un sistema de control analógico a un moderno DCS", "Claves para elegir autómatas programables y sistemas de control distribuido", "Solución Siemens para el control de procesos industriales mediante DCS", "Control en tiempo real del rendimiento de una planta de procesos") existente en planta, incluyendo SCADA, historial de planta y otras funciones avanzadas de control tales como software de simulación, control avanzado de procesos y aplicaciones de optimización.

Con este tipo de soluciones de energía avanzadas, las compañías de generación de energía tienen la posibilidad de centralizar las funciones de control de sus plantas en esta plataforma de software modular. Los operadores de planta tendrán flexibilidad para:

• Controlar la temperatura de la llama en el proceso de combustión, reducir el uso de combustible para alcanzar la misma producción de energía, a la vez que se ayuda a reducir las emisiones de GHG. De esta forma se consigue un control de la combustión y un sistema que mejora la eficiencia térmica de las calderas individuales.
• Alcanzar un equilibrio continuo entre el vapor producido y consumido. Esta aproximación de control maestro de la presión permite supervisar la entrada de calor total en las calderas, así como el caudal de vapor total en cada colector.
• Optimizar el rendimiento de planta mediante una distribución económica de carga en las calderas. De esta forma se mejora la utilización de vapor para generación de electricidad, para los procesos y/o para satisfacer las necesidades de calor. También se consigue aumentar la eficiencia y flexibilidad de las calderas mediante la distribución de la entrada de calor total entre calderas, y a la vez mantener un amplio rango de producciones de vapor.
• Estabilizar la presión de vapor y prevenir paradas no controladas en turbinas y calderas, garantizando un equilibrio continuo entre vapor producido y consumido. De esta forma se mejora la eficiencia de la caldera, se incrementa la vida de la caldera y se mejora la eficiencia de generación de vapor.

La premisa principal detrás de la integración de sistemas y control de procesos avanzados es proporcionar al personal de planta o taller la información más relevante que le ayude a tomar decisiones que en último término mantengan la planta funcionando con seguridad, fiabilidad, eficiencia, y cumpliendo la normativa medioambiental.

En generación de energía, usando aplicaciones de control de energía avanzadas no sólo en las operaciones a lo largo del flujo del proceso se incrementa la visibilidad del operador a través de todos los subsistemas. Dando a los operadores de planta las herramientas necesarias para controlar exactamente el proceso de generación de energía en tiempo real, pueden estar informados rápidamente y tomar decisiones para mejorar el rendimiento.

Bibliografía: Applying Advanced Process Control Principles to Power Generation. Honeywell Process Solutions

Palabras clave: power-generation industry, advanced process control, ground-level ozone pollution, advanced energy efficiency software