A medida que la energía eólica marina se convierte en una parte cada vez más integral de la infraestructura energética global, la tecnología como el internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) puede ayudar a las turbinas a operar con mayor eficiencia
El crecimiento de Internet de las cosas (IoT) tiene el potencial de ofrecer ventajas significativas para el mantenimiento de la energía eólica marina, con tecnología de sensor capaz de proporcionar datos constantes sobre el funcionamiento de las turbinas. César Yanes, coordinador del proyecto ROMEO, discute el uso de IoT para pasar del mantenimiento correctivo al mantenimiento basado en la condición, con el escritor de World Wind Technology, Kerry Taylor-Smith.
El viento proporciona una fuente de energía limpia y renovable, y es relativamente simple: el viento hace girar las palas unidas a una turbina que gira y genera energía.
Excepto que no es tan simple, ya que las turbinas son caras (alrededor de $ 1 millón cada una) y equipos complejos que pueden incluir hasta 1,000 sensores, actuadores, galgas extensométricas integradas, monitores de rodamientos y tecnología de acondicionamiento de potencia.
La turbina puede controlar la velocidad de la pala y la generación de energía, una tarea sofisticada que exige numerosos procesadores cooperadores que cierran bucles de alta velocidad e implementan algoritmos inteligentes de monitoreo y optimización.
Hay muchas cosas que pueden salir mal durante el funcionamiento normal y cotidiano.
La tecnología IoT puede monitorear y regular el funcionamiento de las turbinas de energía eólica marina
Los parques eólicos marinos a menudo se muestran como lugares tranquilos que consisten en cientos de turbinas eólicas que giran lentamente con la brisa, si es que lo hacen. Es un desafío integrar estas turbinas para que todas trabajen juntas en estos lugares difíciles de alcanzar en el mar. La clave para lograr esto podría estar oculta en los últimos avances en tecnologías de la información y comunicación, como lo es el Internet de las cosas (internet of things).
IoT es una interconexión a través de Internet de dispositivos informáticos integrados en objetos cotidianos, como refrigeradores, sistemas de calefacción y tecnología similar, con la capacidad de enviar y recibir datos.
La tecnología extiende nuestra conectividad a Internet actual más allá de los dispositivos estándar a cualquier gama de dispositivos tradicionalmente no habilitados para el uso de Internet para permitirles comunicarse e interactuar; también les permite ser monitoreados y controlados de forma remota.
Aquí es donde IoT podría ser realmente útil, ya que podría emplearse para monitorear y regular el funcionamiento de la infraestructura, como los parques eólicos marinos. Puede monitorear eventos o cambios en las condiciones estructurales que podrían afectar la seguridad o aumentar el riesgo, programar actividades de reparación y mantenimiento, o mejorar la gestión de incidentes y los esfuerzos de respuesta ante emergencias.
El objetivo del proyecto ROMEO: optimizar el rendimiento de los parques eólicos marinos
Uno de esos proyectos con la intención de aprovechar estos avances tecnológicos recientes es el proyecto ROMEO: operaciones confiables, herramientas de decisión de mantenimiento y estrategias para la reducción del alto costo nivelado de electricidad / energía (LCOE) en la energía eólica marina.
La empresa Horizon 2020 de la UE espera reducir el costo de mantenimiento de turbinas eólicas en alta mar utilizando algoritmos predictivos de machine learning, IoT y cloud computing.
El objetivo principal del proyecto de cinco años es desarrollar una plataforma para el análisis y la gestión de los datos recopilados de las plantas de generación de energía eólica en alta mar durante su operación y utilizar estos datos para desarrollar métodos para mejorar la operación y el mantenimiento (O&M) de los parques eólicos.
«ROMEO tiene la intención de avanzar hacia la optimización de la operación y el mantenimiento de parques eólicos marinos, la extensión de la vida útil de las turbinas eólicas y la reducción del costo nivelado de energía», explica César Yanes, coordinador del proyecto ROMEO para Iberdrola, una multinacional pública española de servicios eléctricos y uno de los socios del proyecto.
Para lograr esto, el proyecto está desarrollando estrategias y herramientas de monitoreo avanzadas, además de analizar el rendimiento de las turbinas de parques eólicos en tiempo real. Una plataforma de ecosistema de análisis de IoT basada en la nube incluirá modelos para detectar, diagnosticar y pronosticar fallas en componentes de turbinas eólicas.
La flexibilidad y la interoperabilidad de la plataforma proporcionarán una red analítica avanzada para promover una mejor comprensión del rendimiento de los principales componentes de la turbina eólica en funcionamiento en tiempo real, y para el diagnóstico y pronóstico de fallas, lo que ayuda a maximizar la vida útil de la turbina y minimizar los costos de operación y mantenimiento.
IoT puede mejorar el rendimiento, extender la vida útil y reducir el costo de las turbinas eólicas en alta mar
Esto dará como resultado un aumento en la confiabilidad de un parque eólico y una disminución en el número de fallas y el tiempo de inactividad de un generador de turbina eólica (WTG), un aumento en la vida útil de los componentes clave de la turbina y una disminución en los costos de operación y mantenimiento al reducir Los recursos necesarios para las inspecciones anuales de las turbinas.
«A pesar de los avances significativos con respecto a las estrategias de O&M para maximizar el rendimiento energético, todavía hay margen de mejora para aliviar su impacto en LCOE y mejorar la competitividad de los costos de la energía eólica marina», dice Yanes.
Esto es especialmente importante para la energía eólica marina donde los costos de operación y mantenimiento son más altos que en tierra, debido a la distancia a la costa o las condiciones climáticas adversas.
Agrega: “Este desafío puede superarse parcialmente gracias a la implementación de sistemas de monitoreo y modelos de diagnóstico y pronóstico para optimizar la operación y el mantenimiento, maximizar la vida útil y comprender mejor el rendimiento real de las turbinas eólicas».
«Estas tecnologías deben probarse en condiciones reales exigentes con el objetivo principal de analizar las mejoras logradas en todo el ciclo de vida de los componentes principales de una turbina eólica a escala de parque eólico».
El sistema de gestión de la información de O&M desarrollado dentro de ROMEO se pondrá a prueba en tres pilotos marinos a gran escala: Teesside y East Anglia en el Reino Unido, y Wikinger, un parque eólico marino en aguas alemanas.
¿Cómo la tecnología IoT podría ayudar a los operadores de energía eólica?
ROMEO espera hacer una reducción significativa en los costos de operación y mantenimiento al disminuir el número de inspecciones y correcciones importantes inesperadas, ayudando a analizar la posibilidad de extensión de por vida de los componentes de la turbina eólica y la subestructura.
«El valor añadido de las nuevas soluciones/conceptos de O&M será la capacidad de comprender el comportamiento operativo de los componentes clave de una turbina eólica y su subestructura», explica Yanes.
La esperanza es que el ensamblaje de la nube, el IoT y el aprendizaje automático (machine learning) puedan hacer una transición del mantenimiento de la turbina eólica de una agenda de mantenimiento correctivo basada en calendario a un programa de acondicionamiento mediante el análisis del comportamiento en tiempo real de las turbinas.
Se han analizado modos de falla clave como fatiga, corrosión o desgaste para evolucionar del mantenimiento basado en el calendario actual al mantenimiento basado en la condición, lo que permite una mejor planificación de las actividades.
Yanes agrega: “Dentro del negocio de las energías renovables hay una clara tendencia hacia la transición de las estrategias de mantenimiento».
“Las estrategias anticuadas (correctivas y preventivas) consisten en mantenimiento planificado programado, donde el mantenimiento se realiza en base a intervalos programados predefinidos o cuando se necesita una acción correctiva. Estas estrategias no consideran el estado real de los componentes y pueden conllevar una asignación de recursos ineficiente relevante en sectores específicos como la energía eólica marina”.
Con el mantenimiento basado en la condición, las reparaciones se realizan solo después de que ciertos indicadores muestran evidencia de disminución del rendimiento de los componentes / equipos clave, o si se detecta una falla próxima.
Esta estrategia permite que el mantenimiento se lleve a cabo según sea necesario, lo que permite mejorar planificación de las actividades, reduciendo los costos logísticos y de materiales al tiempo que aumenta la disponibilidad.
También permite que los costos asociados con el mantenimiento se reduzcan drásticamente al minimizar la ocurrencia de fallas graves.
Figura 1. IoT puede permitir la supervisión remota en tiempo real de los datos del parque eólico para optimizar el rendimiento
«La práctica más habitual es seguir los intervalos de tiempo fijos y el alcance de las inspecciones definidas en las normas o regulaciones locales», dice Yanes.
«Sin embargo, existe una clara demanda de tecnología para generar tecnologías de monitoreo de bajo costo que podrían permitir la reducción del número de inspecciones y una mejor comprensión del comportamiento real de la estructura».
Tal movimiento debería resultar en una reducción en el número de correctivos mayores inesperados emprendidos al identificar fallas tanto en WTG como en subestructuras mucho antes, y aumentar la salud y la seguridad en la industria al reducir el número de misiones correctivas requeridas. También mejorará el rendimiento de las centrales eólicas marinas nuevas y actualmente en funcionamiento y, por lo tanto, reducirá el costo de la energía.
Siemens Wind Power está experimentando con la tecnología IoT
Siemens Wind Power, uno de los mayores fabricantes de turbinas eólicas, también espera aprovechar la potencia de IoT mediante la incorporación de soluciones industriales basadas en Internet para integrar sus sistemas. Esto permitirá un control más rápido dentro de las turbinas, asimilándolo a su centro de control para mantenimiento predictivo y diagnóstico comercial.
La firma espera optimizar la energía, monitorear la salud de las turbinas y reaccionar al medio ambiente que las rodea, y esta tecnología significa que puede controlar y monitorear un conjunto de parques eólicos con hasta 500 turbinas eólicas en tiempo real.
Cuando una tormenta arrasa un parque eólico marino, el sistema de control debe decidir cómo extraer energía de las ráfagas para generar energía constante y equilibrar la carga de viento a través de las turbinas.
La mensajería en tiempo real permite el monitoreo remoto y la resolución de problemas de la operación del parque eólico, lo que significa que la turbulencia se puede manejar a través del parque y que el rendimiento y el desgaste son uniformes en todo el sitio.
«La previsibilidad del comportamiento individual de la turbina es clave, ya que el objetivo es que todas las turbinas estén disponibles para la operación cuando sea necesario, lo que impone restricciones significativas a los operadores propietarios», explica Yanes.
“Se debe evitar la falla de los componentes de la turbina. La información de los sensores y sistemas de los parques eólicos marinos es clave para proporcionar información para detectar, diagnosticar y pronosticar fallas».
Para analizar estas enormes cantidades de datos, una plataforma basada en la nube de IoT permitirá el almacenamiento de datos y la ejecución de los modelos de aprendizaje automático basados en datos y físicos, y entregará los resultados a una plataforma de O&M para respaldar las decisiones, cree Yanes.
Está claro que los avances tecnológicos que se están haciendo en informática e Internet tienen un papel muy importante que desempeñar en la generación de energía del futuro. El IoT puede permitir que una empresa monitoree sus turbinas eólicas y su estado, lo que le permite cambiar a un programa de mantenimiento basado en la condición en el que las turbinas y sus estructuras se reparan según sea necesario.
Este movimiento ofrece la oportunidad de reducir los costos de operación y mantenimiento, reduciendo el costo general de la energía eólica.
Noticia tomada de: NS Media Group Limited / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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