Reacondicionamiento de plantas diésel a sistemas híbridos diésel-eólica (III)

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En los dos artículos anteriores hemos estudiado en detalle los proyectos de reacondicionamiento de plantas diésel para transformarlas en sistemas híbridos diésel-eólica. En este tercer artículo de la serie nos centramos en los requerimientos de automatización de las plantas diésel para ser automatizadas y en los problemas comúnmente encontrados en un proyecto de reacondicionamiento.

Requerimientos de Automatización de la Planta diésel

Los sistemas diésel-eólica de alta penetración requieren una planta diésel altamente automatizada. Incluso aunque los generadores estén inicialmente dimensionados de forma que puedan cubrir la carga de la localidad, la planta debe permitir una operación en paralelo sin atención de cualquier combinación de unidades disponibles. Además de asegurar compartir la carga estable durante el cambio del generador diésel, esta capacidad permitirá diferir la actualización de la capacidad diésel cuando crezca la localidad a la que se suministra energía. Los generadores diésel deben comportarse también con estabilidad y consistentemente cuando se instalan en paralelo con otras fuentes de generación que son parte del sistema, tales como turbinas eólicas y convertidores de la energía almacenada.

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La capacidad para arrancar rápidamente y sincronizar cada generador diesel al canal de la planta es otro requerimiento fundamental de la planta automatizada. La operación de desconexión del diésel es el objetivo de un sistema de alta penetración. Para apagar con seguridad todos los generadores diésel, el controlador del supervisor debe ser capaz de arrancar y llevar un generador diésel a on-line en un corto espacio de tiempo. Para minimizar el margen de energía eólica requerida para encender y apagar el generador diésel y/o ganar el máximo beneficio de la capacidad de almacenamiento de energía instalado, es importante ser capaces de arrancar y sincronizar el motor diésel en menos de un minuto, preferiblemente mucho menos.

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Además de estos requerimientos de rendimiento, hay cuestiones lógicas implicadas en la actualización de la planta. Idealmente, las modificaciones de la planta se harán para minimizar la cantidad de diseño, fabricación, ensamblaje, cableado, etc., que debe realizarse en el sitio. Tal trabajo es típicamente más difícil y caro hacer en el campo. Sin embargo, es una operación típicamente disruptiva en las operaciones de planta, y en la extensión que causa interrupciones de energía prolongadas, apaga el entusiasmo local por el proyecto.

Problemas comunes en los proyectos de reacondicionamiento

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a) Generadores

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En la operación en paralelo de generadores, puede ocurrir que la carga reactiva no se comparta apropiadamente entre los generadores. En ese caso, es posible que algunos generadores tengan que satisfacer la demanda de energía reactiva de la localidad y la de otros generadores. Después de determianar que todos los reguladores de voltaje y módulos en paralelo funcionan apropiadamente, debe medirse el contenido de armónicos de la corriente del generador. Pueden encontrarse incluso grandes corrientes de armónicos circulando entre dos generadores en paralelo, algo característico de la operación en paralelo de generadores con diferentes pasos del devanado. Los generadores con pasos diferentes trabajan en manual sin problemas, pero se producen armónicos no detectados. Los generadores desacoplados no son deseables debido a que las corrientes de circulación incrementan las pérdidas y causan una reducción efectiva del rating del generador individual.

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El devanado desacoplado de los generadores tiene implicaciones importantes en el rendimiento de la planta en operaciones automatizadas. Es un efecto claro que las grandes corrientes de armónicos son abrumadores en los controles compartidos de energía reactiva. Una situación similar la encontramos cuando un generador trabaja en paralelo con una máquina AC de convertidor rotatorio, que tiene un devanado diferente.

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Controles de los generadores

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Los controles de los generadores normalmente no contendrán controles para carga compartida o sincronización necesarios para la operación automática. Tampoco proporcionan ningún medio de actuación automática sobre los seccionadores del generador. Tampocco se proporciona ningún medio de actuar automáticamente sobre los seccionadores del circuito del generador. Debido a que no están diseñados para operaciones manuales, no hay provisiones sobre la forma de colocar los controles en modo automático. En la fase inicial del proyecto debe decidirse sobre las opciones de actualizar los cuadros de control existentes con controles adicionales necesarios en vez de reemplazarlos con nuevos paneles diseñados específicamente para acomodar el sistema híbrido.

Bibliografía:

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Preparing an existing diesel power plant for a wind hybrid retrofit: Lessons learned in the Wales, Alaska, Wind-Diesel hybrid power project. National Renewable Energy Laboratory.