Los Ro-Pax, es decir, los buques de pasaje de transbordo rodado, suelen navegar distancias cortas, de isla a isla, en un archipiélago. Los perfiles de operación* de los buques cambian constantemente, lo que plantea retos en materia de eficiencia energética y consumo de combustible. C&A Electric y Vacon Korea han diseñado una solución de producción de energía eficiente para mejorar la capacidad de uso de los generadores de ejes. Esta solución se utiliza en dos buques Ro-Pax construidos para Attica Group1, la empresa matriz de Blue Star Ferries.
Star Ferries encargó dos nuevas embarcaciones Ro-Pax a un astillero coreano. Attica Group concede especial importancia a las cuestiones medioambientales y está invirtiendo continuamente en nuevas tecnologías, por lo que solicitó al constructor de buques que desarrollara una solución sofisticada y eficiente desde el punto de vista energético para la producción de energía en sus buques Ro-Pax. En un período de tiempo reducido, Vacon Korea y su socio integrador de sistemas, C&A Electric, pudieron proporcionar conjuntamente lo que el constructor de buques necesitaba: un diseño basado en un paquete de convertidores de frecuencia con generadores de ejes.
El suministro de Vacon a C&A Electric incluía cuatro paquetes de convertidores de frecuencia con generadores de ejes refrigerados por líquido de 1500 kVA, basados en un VACON® NX Compact Cube estándar modificado. El interruptor principal entrante se eliminó, ya que el cuadro de distribución principal ya estaba equipado con este sistema. La corriente nominal es alta, con una tensión nominal baja (400 V, 50 Hz), que es la típica de los buques Ro-Pax. Esto planteó algunos desafíos a la hora de diseñar los filtros requeridos.
«Aunque la decisión de crear una solución sofisticada se tomó justo antes de finalizar el concepto de producción de energía, logramos encontrar una solución exitosa que también tuvo en cuenta los retos planteados por unas condiciones exigentes y un espacio físico limitado», señala Jussi-Pekka Sampola, director general de Vacon Korea Ltd.
Los Ro-Pax, es decir, los buques de pasaje de transbordo rodado, suelen navegar distancias cortas, de isla a isla, en un archipiélago. Los perfiles de operación* de los buques cambian constantemente, lo que plantea retos en materia de eficiencia energética y consumo de combustible. C&A Electric y Vacon Korea han diseñado una solución de producción de energía eficiente para mejorar la capacidad de uso de los generadores de ejes. Esta solución se utiliza en dos buques Ro-Pax construidos para Attica Group1, la empresa matriz de Blue Star Ferries.
En junio de 2009, Attica Group y Blue Star Ferries encargaron dos nuevas embarcaciones Ro-Pax a un astillero coreano. Attica Group concede especial importancia a las cuestiones medioambientales y está invirtiendo continuamente en nuevas tecnologías, por lo que solicitó al constructor de buques que desarrollara una solución sofisticada y eficiente desde el punto de vista energético para la producción de energía en sus buques Ro-Pax. En un período de tiempo reducido, Vacon Korea y su socio integrador de sistemas, C&A Electric, pudieron proporcionar conjuntamente lo que el constructor de buques necesitaba: un diseño basado en un paquete de convertidores de frecuencia con generadores de ejes.
El suministro de Vacon a C&A Electric incluía cuatro paquetes de convertidores de frecuencia con generadores de ejes refrigerados por líquido de 1500 kVA, basados en un VACON® NX Compact Cube estándar modificado. El interruptor principal entrante se eliminó, ya que el cuadro de distribución principal ya estaba equipado con este sistema. La corriente nominal es alta, con una tensión nominal baja (400 V, 50 Hz), que es la típica de los buques Ro-Pax. Esto planteó algunos desafíos a la hora de diseñar los filtros requeridos. C&A Electric también está satisfecha con el proyecto. «Se esperaba que la energía eléctrica suministrada por los generadores diésel fuera insuficiente cuando los grandes motores de propulsión estuviesen en funcionamiento, por lo que el constructor de barcos buscó una forma de aumentar la potencia de la red del barco. Sugerimos utilizar convertidores de frecuencia VACON® para transferir la potencia de los generadores de ejes instalados a bordo del buque. Se trataba de una solución muy exigente, ya que el convertidor de frecuencia utilizado con el generador de ejes debería ser capaz de funcionar en paralelo con el generador diésel que alimenta la red. Gracias a nuestros profundos debates y a la cooperación con Vacon Korea, pudimos encontrar una solución satisfactoria», afirma uno de los miembros del equipo del proyecto de C&A Electric. «Espero que esta referencia genere nuevas oportunidades de negocio para C&A Electric y Vacon en proyectos de construcción de buques, donde la redundancia y la capacidad de ahorro de energía son esenciales para el sistema de energía eléctrica», concluye.
Blue Star Delos, la primera de las dos embarcaciones Ro-Pax, lleva operando en las rutas de las islas griegas desde mediados de noviembre de 2011. El segundo barco, llamado Blue Star Patmos, ha sido entregado al propietario y opera en las islas del norte del Egeo desde el 12 de julio de 2012.
Producción de energía a bordo de un buque
Una forma convencional de producir energía eléctrica a bordo de un buque se basa en el uso de generadores diésel, generadores de ejes y generadores de emergencia. Durante su funcionamiento normal, los generadores de ejes se utilizan para la producción de electricidad a bordo; los generadores diésel se utilizan como fuente adicional de energía eléctrica o cuando no es posible utilizar los generadores de ejes. Normalmente, esto sucede cuando el barco está amarrado o cuando se está acercando lentamente al muelle.
Cuando los buques están atracados, las restricciones sobre las emisiones de gases de escape son estrictas. Una opción es utilizar combustible de alta calidad y de elevado octanaje, que genera menos emisiones de gases de escape. No obstante, esto supone un gran coste. Otras opciones incluyen la purificación de las emisiones de escape de óxido de azufre (SOx) y óxido de nitrógeno (NOx), o el uso de un sistema de suministro en tierra. Ambas opciones ofrecen oportunidades para la tecnología de convertidores de frecuencia de CA.
Generador de ejes convencional
El generador de ejes está acoplado al motor diésel principal a través de embragues o componentes de transmisión similares. Los motores principales accionan las hélices de paso controlable (CPP) del sistema de propulsión principal del buque. El empuje se puede controlar ajustando los ángulos de las palas de las CPP en el llamado «modo combinatorio», de modo que la velocidad del motor principal varía solo ligeramente, normalmente en un rango de entre 400 y 500 r/min. Si la velocidad del generador de ejes varía, su frecuencia eléctrica cambiará, y esto se considerará como un fallo en el suministro eléctrico. En el modo combinatorio, la velocidad del generador diésel y del propulsor se mantienen constantes para mantener constante la frecuencia eléctrica, y el empuje y la velocidad del barco se ajustan cambiando la inclinación de las CPP. A velocidades inferiores a las nominales, el rendimiento de una CPP disminuye rápidamente, lo que significa que el generador diésel todavía tiene que funcionar casi a plena carga, lo que aumenta el consumo de combustible. En otras palabras, el empuje en función de la velocidad y la rentabilidad de la producción de energía no pueden optimizarse simultáneamente.
El consumo de combustible del motor principal no cambia significativamente en un rango de carga de entre el 40 y el 100 %, por lo que en cargas típicas de CPP con un paso muy bajo (30-40 % de la carga), el consumo de combustible es elevado, aunque se genere muy poco empuje.
Convertidores para generadores y de red VACON®
Un convertidor para generadores (INU) de VACON® genera energía de CC para su bus de CC controlando el generador de ejes, mientras que el convertidor vinculado a la red (GTC) de VACON® utiliza esta energía para alimentar la red de distribución principal con una frecuencia y tensión constantes.
La capacidad de carga del generador depende de las características de velocidad/enfriamiento del generador y del comportamiento de la tensión nominal en función de la velocidad (r/min). La tensión depende del regulador automático de tensión (AVR) y de las características del generador. El convertidor vinculado a la red VACON® se controla y sincroniza con la red eléctrica del buque con exactamente las mismas señales que se utilizan para controlar y sincronizar los generadores de ejes convencionales o los generadores diésel. La producción y el consumo de energía del buque se supervisan y controlan a través del sistema de gestión de energía (PMS).
Criterios de ingeniería para los convertidores de ejes vinculados a una red
Se deben tener en cuenta varios aspectos para el diseño e ingeniería un sistema de generadores de ejes vinculados a una red. El diseñador del sistema debe centrarse especialmente en los modos de funcionamiento más exigentes, como por ejemplo, cómo evitar un apagón en caso de fallo en cualquiera de los segmentos de consumo. Después de todo, el peor escenario para un barco en el mar es un apagón eléctrico.
Aspectos que se deben tener en cuenta:
- Equilibrio de carga entre las fuentes de energía; carga compartida monofásica y trifásica
- El generador de ejes soporta todas las corrientes de arranque/fallo (corrientes de entrada magnetizantes) de la carga del motor/transformador en cualquier punto de funcionamiento
- Margen entre la carga nominal y la sobrecarga máxima de corta duración
- Factor de potencia mínimo de carga y posible requisito de compensación
- Sincronización de la red, carga compartida, modos de entrega/recepción de carga
- Selectividad del sistema de protección, modo de fundido de fusibles para aislar el segmento fallido fuera del sistema de distribución
- Posibles modos de fallo en la producción de energía, tiempo de respuesta del sistema de gestión de energía y apoyo a la estabilidad de la red
- Posible código de red
Cabe señalar que Vacon se unió al Grupo Danfoss en diciembre de 2014.