Buscando grandes ahorros con variadores de frecuencia variable en bombas de circulación de centrales nucleares

Conforme avanzamos en el estudio de las posibilidades de la eficiencia energética cada vez nos vamos convenciendo más que es en esta estrategia donde vamos a conseguir solucionar los problemas energéticos que actualmente condicionan la actividad económica. Hoy vamos a hablar de los grandes consumos y de las excepcionales posibilidades de ahorro que podemos obtener incorporando tecnologías relativamente sencillas.  Nos referimos en particular al acondicionamiento de bombas de circulación en centrales nucleares.

Una reciente tendencia en las plantas nucleares es la sustitución del motor-generador (MG) que acciona las bombas de circulación con variadores de frecuencia variable. La primera de estas aplicaciones comenzó en 2000 con la instalación de seis VDFs Siemmens en la planta nuclear Browns Ferry. El uso de VFD continúa expandiéndose a otras plantas.

Los MG originalmente utilizados para accionar las bombas de circulación tenían el propósito de controlar la reactividad del reactor cambiando la velocidad de la bomba y por lo tanto el caudal del fluido a través del reactor. Hoy en día, las bombas reacondicionadas con VFDs permiten un control de velocidad mucho más preciso y tienen el potencial de alcanzar velocidades por encima de las impuestas por la frecuencia de la red (50/60 Hz). Un beneficio añadido es la combinación de un motor de inducción AC y un VDF, ya que obtenemos una combinación mucho más eficiente que un MG. Los VDF proporcionan una aceleración mucho más lenta cuando la operación requiere poca energía.

Ahorro energético

Los MG típicos son un 70 % menos eficientes si los comparamos con la tecnología actual. Siemens´Perfect Harmony VDFs, que tienen eficiencias tan altas como del 95 %. Las eficiencias medidas a plena carga en las plantas de U.S.A. fueron del 95,7 % y del 96,6 % para varias cargas y velocidades.

Cuando se considera una reforma con VDF, debemos estar seguros que un transformador integral y los componentes del filtrado en la salida son parte del sistema. Estos componentes pueden añadir entre un 0,5 y un 1 % de pérdidas adicionales. Así el comprador puede estar seguro que verifica la eficiencia e incluye las pérdidas de todos los componentes del sistema.

En los grandes motores utilizados en las centrales nucleares el ahorro obtenido con las mejoras en eficiencia es significativo. Una planta que reemplazó MG con VDFs informó de una reducción en la carga de 2,7 MW cuando se instalaron dos VDFs de 5.600 HP. Otra planta informó una reducción de carga de 4 MW cuando se instalaron en una aplicación de 7.500 HP. El payback de este tipo de inversiones fue de alrededor de un año.

Control preciso de la velocidad

Los MG son usualmente difíciles de controlar, especialmente cuando intentamos mantener la producción de energía al nivel máximo permitido. Siemens Perfect Harmony VDFs puede controlar de forma precisa la velocidad de la bomba de circulación dentro de 1 rpm de la velocidad deseada. Esto permite a la planta operar más próxima al límite de potencia térmica permitida del reactor.

La operación más próxima al límite de potencia térmica del reactor permite a la planta generar electricidad adicional. La cantidad de energía adicional es dependiente de la planta pero usualmente resulta en 1 – 4 MW cuando se usan VDFs.

Bibliografía: Variable-Frequency Drives Upgrade Reactor Circulating Pump. Power Vol. 154. Nº 6 – June 2010