¿Cómo puede el control de velocidad variable optimizar la generación de energía hidroeléctrica?
REPÚBLICA CHECA: En los municipios de Albrechtice y Orlicí, una pequeña central hidroeléctrica (PCH) ha estado suministrando electricidad a las poblaciones circundantes desde antes de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, la planta fue diseñada originalmente para producir energía con máxima eficiencia solo durante aproximadamente tres meses al año.
Cuando los engranajes de 80 años comenzaron a fallar, Danfoss propuso una solución de modernización que eliminó la necesidad de engranajes e introdujo variadores de velocidad para aumentar la eficiencia de la planta con ajustes mínimos a la instalación existente. La nueva solución sin engranajes incluye un variador armónico de baja distorsión VACON® NXC, un bus CC común VACON® NXP y los servicios DrivePro®. Como resultado, la planta ahora produce aproximadamente un 10% más de energía que la configuración anterior.
Descubra cómo la PCH Albrechtice mejoró la eficiencia de sus operaciones con una solución de modernización y los servicios DrivePro®.
El desafío: Asegurar la eficiencia durante todo el año a pesar de las fluctuaciones en la demanda
La alta eficiencia, el rendimiento y la longevidad son clave para que cualquier central hidroeléctrica funcione de manera fiable y reduzca los costes de mantenimiento. Sin embargo, con una turbina Francis de 150 kW y dos de 250 kW, con generadores síncronos de media tensión sincronizados a la red y funcionando a velocidad fija, la instalación de la PCH Albrechtice, de 80 años de antigüedad, estaba diseñada para operar con una eficiencia óptima solo durante los tres meses del año en que los niveles de agua eran más constantes.
Cuando la PCH Albrechtice observó que los engranajes de los antiguos generadores comenzaban a fallar, contactó con Danfoss y Q-ELEKTRIK para buscar una nueva solución. Danfoss identificó la oportunidad de mejorar la eficiencia de la antigua instalación mediante la modernización del sistema con variadores de velocidad y un generador síncrono con imanes permanentes, en lugar de simplemente reemplazar los engranajes desgastados por otros nuevos.
Los engranajes antiguos habían estado funcionando bien durante 80 años, pero la tecnología ha avanzado bastante desde entonces. Vimos una oportunidad para mejorar la eficiencia introduciendo convertidores de velocidad. Sin embargo, queríamos evitar que el proyecto fuera más extenso de lo necesario, por lo que propusimos una solución de modernización en lugar de un reemplazo completo.
La solución: Adaptación al caudal variable mediante el empleo de convertidores de velocidad
El sistema propuesto por Danfoss incluía un generador síncrono de imanes permanentes TES VSETIN GSP1120S60 de 250 kW, un variador de velocidad VACON® NXC de baja distorsión armónica de 250 kW con capacidad regenerativa, y una unidad de frenado conmutador del sistema VACON® NXP Common DC Bus.
Una de las características más destacadas fue el robusto diseño del compacto variador VACON® NXC, que ajusta la frecuencia y el voltaje de la energía suministrada al motor/generador. Esto permite que la turbina funcione a velocidades variables, adaptándose a los cambios en el caudal de agua y manteniendo un rendimiento óptimo en diferentes condiciones, generando siempre la máxima potencia en cada momento.
El convertidor, que incluye un filtro integrado para la mitigación de armónicos, se configuró a medida con un inversor de entrada activa (AFE) equipado con una placa de medición de voltaje para cumplir con los requisitos de la normativa de red.
Además de los dos tipos de variadores, la PCH Albrechtice seleccionó dos servicios DrivePro® para el ciclo de vida con el fin de garantizar una implementación fluida y minimizar el tiempo de inactividad no planificado. Con DrivePro® Start-up, expertos profesionales en convertidores ayudaron a garantizar un rendimiento óptimo desde el primer día, reduciendo los tiempos y costes de instalación y puesta en marcha. DrivePro® Preventive Maintenance ofrece un programa de mantenimiento personalizado que ayuda a la planta a mejorar la eficiencia y a mitigar los efectos del desgaste.
- El variador en armario VACON® NXC funciona de manera fiable en condiciones de operación adversas.
- VACON® NXC reduce los costos de mantenimiento gracias a su diseño robusto y certificado.
- Menores costos de energía con VACON® NXP, ya que su sistema regenerativo devuelve el exceso de energía de frenado a la red.
- La unidad de entrada activa en VACON® NXP mejora la tolerancia de la alineación del variador a caídas de tensión y minimiza la distorsión armónica.
- Los servicios DrivePro® cubren todo el ciclo de vida de un variador Danfoss, maximizando el rendimiento, la disponibilidad y la vida útil con asistencia experta y un presupuesto de mantenimiento predecible.
Obtén más información sobre los servicios DrivePro®.
El resultado: producir un 10 % más de energía en el primer año.
Después de un año de operación, las expectativas de SHP Albrechtice de lograr una configuración más eficiente ya se habían cumplido.
"Gracias a la capacidad de ajustar la velocidad del sistema según la demanda en tiempo real, produjimos un 10 % más de energía en el primer año de funcionamiento con la nueva configuración", afirma el Sr. Jiří Čáp, propietario de SHP Albrechtice.
Además, el sistema, junto con los dos acuerdos de servicio, ha ayudado a la planta a reducir los costos de mantenimiento y minimizar las paradas.
"En general, nuestra experiencia con Danfoss ha sido muy positiva, caracterizada por un enfoque proactivo, personas comprometidas y una comunicación clara", comenta el Sr. Jiří Čáp.
Los preparativos comenzaron en 2021 y la puesta en marcha tuvo lugar a finales de 2022. La primera visita de mantenimiento preventivo DrivePro® está programada, y se prevé la modernización del próximo generador de la planta para 2025.
Productos relacionados
Permite que los integradores de sistemas, fabricantes de maquinaria y OEM diseñen y fabriquen sistemas eficaces de convertidores industriales. Las configuraciones del Active Front-end (NXA), Non-regenerative Front-end (NXN), Brake Chopper (NXB) y Inverter (NXI) están disponibles.
Convertidor de frecuencia cerrado diseñado para aplicaciones exigentes y con opciones para soluciones de entrada activa y bajos armónicos.
Más casos prácticos
República Checa: La sustitución de engranajes de 80 años de antigüedad por un control de velocidad variable en la central hidroeléctrica de Albrechtice incrementó la producción de energía en un 10%.
DINAMARCA: Las instalaciones de Everfuel HySynergy producen hidrógeno verde con la ayuda de los variadores de frecuencia iC7-Hybrid para obtener una electrólisis eficiente y rentable.
PAÍSES BAJOS: Al mantener una capacidad del 80 % después de 8000 ciclos, los contenedores de baterías inteligentes de SmartGrid prometen 21 años de descargas y recargas diarias sin preocupaciones por el rendimiento.
Las soluciones de electrificación e híbridas experimentan un gran auge. Uno de los primeros pioneros fue el fabricante holandés de almacenamiento de energía Alfen B.V., que lleva mucho tiempo utilizando equipos de conversión de potencia de Danfoss.
La electrificación y las soluciones híbridas ahora están en auge. El fabricante alemán de almacenamiento de energía QINOUS GmbH fue uno de los primeros clientes de Danfoss en desarrollar estas soluciones hace mucho tiempo, antes de que este fuera un "tema candente" en la industria energética.
DINAMARCA: La planta de calefacción de distrito FlexHeat en el puerto Nordhavn de Copenhague emite 315 toneladas menos de CO2 por año que la alternativa a base de gas GLP.