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

. El problema

El número de tecnologías que son competitivas con la generación convencional es cada vez mayor, sobre todo cuando aumenta el coste de los combustibles y el consumo energético en regiones donde la energía es costosa o inestable.

Pero la cuestión a la que se enfrentan los propietarios de sistemas de generación es saber cuándo comienza a ser rentable la incorporación de nuevas tecnologías renovables. Como vimos en un artículo anterior, la generación híbrida entre plantas diesel y tecnologías renovables es una actividad en expansión pero no es tan fácil conseguir encontrar la opción más adecuada (ver Diseño de sistemas híbridos de generación distribuida - Ideas esenciales).

Las combinaciones que pueden analizarse para diseñar el sistema híbrido apropiado son las siguientes: Híbrido eólica-diesel, híbrido batería-diesel-eólica, hídrico diesel-fotovoltaica-eólica, híbrido de batería-diésel, fotovoltaica, eólica, híbrido diésel-fotovoltaica, híbrido de batería-diésel-fotovoltaica, etc.

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Los generadores diesel El uso extendido de los generadores diésel se debe a que es la tecnología de generación que menor coste de capital requiere en el rango sub-MW. Hay muy buenas tecnologías probadas y hay soporte a nivel mundial en cualquier lugar. Cuando los generadores están apropiadamente mantenidos son muy robustos y fiables. Sin embargo, los generadores diesel tienen desventajas importantes. Son ruidosos y emiten una significativa polución al aire. Si bien el combustible es relativamente barato, los costes de transporte hacen que los costes del combustible sean muy caros en lugares remotas. En lugares como los polos, donde el combustible sólo puede ser distribuido una vez al año, los costes de almacenaje son muy altos, y los riesgos de derrame son grandes. Finalmente, ya que los generadores diésel requieren frecuentes cambios de aceite y otros servicios a intervalos regulares, tienen un coste de mantenimiento relativamente alto por kWh.

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Los sistemas de generación de energía híbridos diésel-eólico preservan las ventajas de los generadores diesel a la vez que mitigan sus desventajas. Las turbinas eólicas tienen un coste más elevado por capacidad en kW instalada, pero tienen cero emsisiones, cero costes de combustible, y requerimientos de mantenimiento rutinarios más bajos que los diesel.

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Retrofit de generadores diésel Desde hace algunos años, son muchos los organismos en todo el mundo que se vienen dando cuenta de la facilidad con la que instalaciones híbridas diésel-eólica pueden disminuir el coste en el ciclo de vida de los proyectos energéticos y a la vez evitar la contaminación ambiental en lugares a veces muy sensibles. Pero el problema es que nos encontramos con inversiones sustanciales realizadas en el pasado y por lo tanto no es aconsejable sustituir los equipos existentes por un sistema híbrido completo. Surge la necesidad de realizar acciones más complejas pues es más prudente realizar un proyecto de reacondicionamiento de turbinas eólicas, controles del sistema, y otros componentes auxiliares al sistema existente antas que construir un nuevo sistema híbrido. Desde hace unos diez años, National Renewable Energy Laboratory (NREL) viene realizando estudios sobre la viabilidad de estos proyectos de retrofit. La mayoría de los esfuerzos de ingeniería están dirigidos al diseño y desarrollo de los componentes del nuevo sistema, principalmente el controlador del sistema principal y el subsistema de almacenamiento de energía. Comparativamente poca atención se ha puesto en el diseño del sistema de la planta diesel en si misma y a las modificaciones necesarias para integrar con éxito en un sistema híbrido diésel-eólico completamente automatizado. Si se actúa de esta forma surgen problemas que se detectan al poner en marcha el sistema híbrido diesel-eólico. Los problemas resultantes revelan que en tales sistemas, la planta diesel debe trabajar con un rendimiento más alto del que se espera de las plantas de energía típicas, que usualmente están diseñadas para ser operadas de una forma completamente manual. Estos requerimientos de alto rendimiento exigen una planta diesel-híbrida diseñada más rigurosamente. Los defectos de diseño se localizan en todos los subsistemas de la planta diesel (refrigeración del motor y sistemas de combustible, generadores, controles, interruptores automáticos, y sistemas de distribución). Estos defectos principalmente afectan a las siguientes áreas: facilidad de la instalación del sistema de retrofit, estabilidad de frecuencia y voltaje, tiempos de arranque y sincronización, paralelismo del generador, estabilidad al compartir la carga, y control de temperatura del motor y la planta. En la segunda parte de este artículo discutiremos en detalle cada una de las consideraciones de diseño que deben tenerse en cuenta al planificar este tipo de proyectos. Ver 2ª PARTE Palabras clave: Fully automated wind-diesel hybrid system