Aerogeneradores: palas largas, nuevas cargas y control

Las palas más largas se flexan más y traen nuevos casos de carga

Qué ocurre. Una nueva generación de turbinas tiene palas más largas y blandas sobre un rotor mayor. El regulador heredado se hizo para máquinas más rígidas, y las palas se doblan y se tuercen de formas para las que nunca se ajustó.

Qué cuesta. Las cargas en palas, buje y torre aumentan o hay que cubrirlas con piezas más pesadas, y se pierde producción donde el regulador se retira por seguridad. Cada nueva plataforma repite el esfuerzo.

Por qué la solución habitual no funciona. Trasladar el regulador antiguo y retocar las ganancias es el camino rápido; termina en límites prudentes en todas partes. Rigidizar las palas añade peso y coste, lo que anula el sentido del rotor mayor.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de las simulaciones de carga de su turbina, de los datos del modelo y, donde se hayan medido, de registros de prototipos compruebo dónde es el regulador el límite. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si el control basado en modelos puede asumir los nuevos casos de carga dentro de las cargas que admite el diseño. He trabajado en el control de aerogeneradores en IAV (una empresa de ingeniería de automoción y energía).

Más información: Control que se adapta a la deriva y al desgaste

La actividad del paso de pala desgasta los rodamientos

Qué ocurre. El sistema de paso gira las palas constantemente para mantener la velocidad y limitar las cargas. Muchos pequeños movimientos van a los rodamientos, y la ganancia que da la mejor potencia o la mejor reducción de cargas también da el mayor desgaste.

Qué cuesta. Los rodamientos y accionamientos de paso son caros de sustituir, a menudo con grúa, y los fallos se manifiestan como paradas. Las flotas con una vida corta de los rodamientos de paso arrastran un coste de mantenimiento que no estaba en el plan de negocio.

Por qué la solución habitual no funciona. Reducir la ganancia ralentiza el paso y reduce el desgaste, pero renuncia al control de cargas. Un filtro sobre la señal de paso elimina el movimiento sin preguntar qué movimientos eran útiles.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de simulaciones de la turbina y de registros medidos del paso compruebo cuánto del movimiento es útil y cuánto solo persigue ruido. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si un control predictivo del paso consciente de las cargas puede mantener el beneficio en cargas con una fracción del movimiento, y qué tendría que saber el regulador.

Más información: Control predictivo de plantas de proceso

Poco amortiguamiento de las oscilaciones de la torre a ciertas velocidades

Qué ocurre. A ciertas velocidades del rotor la torre oscila y apenas se amortigua sola. Las torres altas y las cimentaciones blandas lo empeoran. La turbina o bien atraviesa rápidamente esas velocidades o las evita.

Qué cuesta. Fatiga en la torre y en la cimentación, y un rango de velocidad que no puede usarse. Evitar un rango de velocidad cuesta producción con los vientos en que haría falta.

Por qué la solución habitual no funciona. Una torre más rígida es pesada y cara. Saltarse el rango de velocidad es sencillo y regala producción cada vez que el viento está ahí.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de señales de acelerómetro o de cargas de la torre, de la velocidad del rotor y del modelo de torre y cimentación compruebo cuánto amortiguamiento podría añadir un control activo. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si el amortiguamiento activo mediante el paso o el generador es prometedor en su diseño y qué mediría usted.

Más información: Control que se adapta a la deriva y al desgaste

Las ráfagas golpean antes de que reaccione el regulador

Qué ocurre. Una ráfaga llega al rotor y el regulador se entera solo por la respuesta de la máquina: velocidad, par, cargas de pala. Para entonces la carga ya está en la estructura.

Qué cuesta. Cargas máximas que fijan el diseño de palas y torre, y excursiones de velocidad que disparan la turbina. Cargas mayores significan piezas más pesadas o producción reducida.

Por qué la solución habitual no funciona. Un regulador más rápido reacciona antes, pero no puede reaccionar antes de tener la información. El lidar (una medición láser del viento por delante del rotor) añade hardware y coste y no se acepta en todas partes.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de datos de turbina y de emplazamiento compruebo qué podría aportar al control una predicción del viento a corto plazo, procedente del lidar o de las demás turbinas del parque. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si una previsión en el control reduce lo suficiente las cargas máximas y qué datos usaría.

Más información: Control predictivo de plantas de proceso

La velocidad efectiva del viento no se mide

Qué ocurre. El anemómetro está detrás del rotor, en el flujo perturbado, y muestra algo distinto del viento que ve el rotor. El regulador trabaja con un viento medido que es erróneo en la dirección y en la magnitud que importan.

Qué cuesta. Sufre la calidad del regulador: se pierde la velocidad óptima del rotor y la curva de potencia queda por debajo de lo que la máquina podría dar. El sensor deriva y envejece y desplaza toda la imagen.

Por qué la solución habitual no funciona. Una tabla de corrección del anemómetro al viento real se hace una vez y hay que reajustarla en cada emplazamiento. Un anemómetro mejor no puede ver lo que ocurre en todo el disco del rotor.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de las señales propias de la máquina (velocidad del rotor, par, paso, potencia) compruebo si la velocidad efectiva del viento puede calcularse con un estimador. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si esa estimación es lo bastante buena para sustituir o comprobar el anemómetro y qué supondría para el control.

Más información: Cálculo de magnitudes no medidas para el control

Las galgas extensométricas fallan y la vida útil sigue sin conocerse

Qué ocurre. Las galgas extensométricas en palas y torre miden las cargas que determinan cuánto durará la máquina. Fallan en el campo, con el tiempo, y el registro de cargas se llena de huecos.

Qué cuesta. Sin registro nadie sabe cuánta vida se ha consumido. El fabricante no puede ofrecer una ampliación de vida útil y el operador no puede demostrarla.

Por qué la solución habitual no funciona. Sustituir las galgas requiere un técnico y a menudo una grúa, y las nuevas galgas vuelven a fallar. Tomar las cargas de diseño como cargas reales es seguro para el fabricante y derrochador para el operador.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de las señales habituales de la turbina (aceleraciones, potencia, velocidad del rotor, paso) y de los periodos en que las galgas funcionaron compruebo si las cargas pueden estimarse cuando las galgas están fuera de servicio. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si la estimación de cargas a partir de señales es lo bastante precisa para rellenar los huecos y vigilar la flota.

Más información: Cálculo de magnitudes no medidas para el control

El control debe cumplir los nuevos requisitos de red

Qué ocurre. Los operadores de red endurecen los requisitos: cómo se comporta una turbina en un hueco de tensión, cómo inyecta potencia reactiva, con qué rapidez reacciona a un escalón de frecuencia. Cada país y cada operador tiene su propia tabla.

Qué cuesta. Cada cambio requiere otra ronda de modificaciones del control, simulaciones, ensayos y certificación. Una turbina que no puede cumplir una nueva norma no puede venderse en ese mercado.

Por qué la solución habitual no funciona. Añadir parámetros para cada código de red al regulador existente lo convierte en un remiendo que nadie quiere tocar. Rehacer todo el regulador cada vez es demasiado caro.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir del regulador existente, del modelo del convertidor y de los requisitos de red compruebo qué requisitos puede cumplir el control con cambios de parámetros y dónde hace falta un cambio estructural. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué supondría una adaptación y cuánto puede reducir un modelo el número de ensayos.

Más información: Sustituir tablas de parámetros ajustados a mano por un modelo

Las plataformas flotantes se acoplan con el control

Qué ocurre. En una turbina flotante la plataforma se mueve con las olas y con el empuje del rotor, y el regulador actúa sobre ese mismo movimiento. Un regulador hecho para una torre fija puede hacer que la plataforma oscile con más fuerza.

Qué cuesta. Inestabilidad o cargas fuertes, y ajustes prudentes que renuncian a producción. Los fallos en el mar son difíciles y costosos de alcanzar y reparar.

Por qué la solución habitual no funciona. Desajustar el regulador hasta que sea estable da una máquina segura con menor producción. Los ensayos con modelo de la plataforma son caros y cubren pocos estados de la mar.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir del modelo de plataforma y turbina, de los datos de oleaje y, si existen, de resultados de canal de ensayos compruebo cómo interactúa el control con el movimiento de la plataforma. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si un modelo acoplado con un regulador nuevo mantiene tranquila la plataforma y qué necesita el modelo de su diseño.

Más información: Máquinas acopladas con actuadores saturables

Los ensayos de campo son caros y dependen del tiempo

Qué ocurre. Un nuevo software de control tiene que probarse en una turbina real, con el viento adecuado, con la cuadrilla adecuada y un hueco libre. Una campaña puede quedarse parada semanas esperando viento.

Qué cuesta. Retraso y coste de un prototipo que está ahí parado, además del riesgo de un ensayo que sale mal a escala real. Cada iteración es lenta.

Por qué la solución habitual no funciona. Más prototipos o más emplazamientos de ensayo cuestan dinero y no resuelven la dependencia del tiempo. Repetir el mismo ensayo una y otra vez para cubrir los casos es demasiado lento.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus planes de ensayo, del modelo de simulación de la turbina y de los resultados de campañas anteriores compruebo qué ensayos pueden hacerse antes en simulación y cuáles requieren el campo. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice cómo una mejor simulación reduce el número de días de campo y qué hay que demostrar allí.

Más información: Sustituir tablas de parámetros ajustados a mano por un modelo

Las especificaciones de control están incompletas

Qué ocurre. La especificación de control de una turbina nueva se escribe mientras el diseño aún cambia. Interfaces, límites de carga, funciones de seguridad y modos de operación no están todos definidos, y los huecos se descubren cuando el código ya está escrito.

Qué cuesta. Retrabajo en software y ensayos, y discusiones entre los equipos de control, cargas, electricidad y seguridad sobre quién debía hacer qué. El plazo de salida al mercado se resiente.

Por qué la solución habitual no funciona. Escribir requisitos más detallados a mano es lento y queda obsoleto con el siguiente cambio de diseño. Contratar más ingenieros de control ayuda solo si los experimentados están disponibles para guiarlos.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus especificaciones existentes, listas de interfaces e historial de cambios compruebo dónde están los huecos y las contradicciones. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué puede aclarar una revisión externa de los requisitos y de la arquitectura de control antes de escribir el código.

Cada emplazamiento se ajusta a mano

Qué ocurre. Los parámetros de cada emplazamiento o variante de turbina los encuentran ingenieros: ajustes de filtros, límites de velocidad, límites de carga, umbrales de parada. Los ingenieros recorren una lista, partiendo de un emplazamiento parecido.

Qué cuesta. Tiempo de ingeniería por emplazamiento, que crece con la flota, y el riesgo de que dos emplazamientos se ajusten de forma distinta sin motivo. Los errores aparecen tarde en la operación.

Por qué la solución habitual no funciona. Tablas de parámetros mayores solo multiplican el trabajo. Copiar de un emplazamiento parecido es rápido y copia sus errores y su desajuste con las condiciones nuevas.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus juegos de parámetros, datos de emplazamiento y registros de puesta en marcha compruebo qué parámetros dependen realmente del emplazamiento y cómo podrían calcularse con un modelo en lugar de ajustarse. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si la parametrización automatizada ahorra suficiente tiempo de ingeniería para su flota y qué necesitaría como entrada.

Más información: Sustituir tablas de parámetros ajustados a mano por un modelo

A las turbinas pequeñas les falta un buen control

Qué ocurre. Las turbinas eólicas pequeñas suelen funcionar con un control sencillo, porque no se puede pagar uno mejor. Se construyen en series pequeñas, a bajo precio, y el regulador es una tabla fija.

Qué cuesta. Menos producción de la que podría dar el rotor, cargas y ruido que podrían ser menores y mala reputación para toda la clase de máquinas.

Por qué la solución habitual no funciona. Un regulador profesional hecho como para una turbina grande cuesta demasiado. Un software barato pero fijo no se adapta al emplazamiento.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de la hoja de datos de la máquina, de unas pocas pruebas medidas y del hardware barato disponible compruebo cuánto podría añadir un regulador basado en modelos en un procesador pequeño. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué mejoras de producción y de cargas son plausibles y si el esfuerzo merece la pena para su serie.

Más información: Control predictivo en hardware embebido

El control de parques eólicos y plantas híbridas necesita apoyo a la decisión

Qué ocurre. Los equipos de los fabricantes de turbinas tienen que construir el control de parques eólicos enteros y de plantas híbridas con almacenamiento y solar. Los conocimientos están en equipos pequeños, y los ingenieros de control que además conocen la optimización son difíciles de encontrar.

Qué cuesta. Los proyectos esperan a las mismas pocas personas, y las funciones a nivel de planta llegan tarde o como un remiendo de reglas. Los clientes quieren una planta que siga el mercado, no solo el viento.

Por qué la solución habitual no funciona. Contratar es lento en un campo pequeño. El control de turbinas y la optimización de planta son disciplinas distintas, y combinarlas es donde se atascan los proyectos.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de su modelo de planta, de la estructura del regulador y de datos de operación de muestra compruebo qué tareas a nivel de planta puede asumir una optimización predictiva. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice qué aspecto tendría ese regulador de planta, qué apoyo a la decisión necesitan los operadores y cuánto de ello puede dejar montado con usted un ingeniero externo.

Más información: Control predictivo económico

El control de convertidores es difícil de verificar y los fallos, difíciles de rastrear en el campo

Qué ocurre. El software de control de convertidores debe verificarse frente a muchos casos de red y de fallo, y cuando algo se comporta de forma extraña en el campo, es difícil saber si la causa es el convertidor, el regulador o la red.

Qué cuesta. Ciclos de verificación largos, devoluciones de campo con causas poco claras e ingenieros que dedican semanas a un solo suceso. El coste es tiempo y una peor reputación ante clientes que esperan.

Por qué la solución habitual no funciona. Más bancos de ensayo prueban lo que se pensó de antemano. Un fallo de campo ocurre en una mezcla de condiciones que ningún banco reproduce.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de registros de campo de los fallos, del modelo del convertidor y de los resultados de ensayo compruebo si los sucesos pueden reproducirse en simulación y dónde está la causa. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si el diagnóstico a partir de datos de campo encuentra antes la causa y qué registros haría falta tener.

Más información: Sustituir tablas de parámetros ajustados a mano por un modelo