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hinkgridtSHARINGALSTOM GRIDINNOVATION & PRACTICES

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011

Editorial – p. 13

RED INTELIGENTEUn cambio radical en el sector eléctrico

N°9

Índice

Productos y servicios inteligentes

Un adelanto tecnológico premiado: el interruptor de by-pass para aplicaciones hVdC

Dr. Richard Charnah, Editor

SHARING ALSTOM GRID INNOVATION & PRACTICES – Publicada por Alstom Grid 51 esplanade du Général de Gaulle – 92907 La Défense Cedex – Francia. www.alstom.com/grid – Tirada: 17 000 ejemplares (chino, inglés, francés, alemán y español) – Editores: Peter Kirchesch, Richard Charnah – Redactora jefe: Véronique Chauvot – Comité editorial: Philippe Ponchon, Milan Saravolac, François Gallon, Greg Manning – Concepción y diseño: BythewayCreacom – 19 rue Galilée, 75116 Paris – Francia – Tel.: +33 (0)1 53 57 60 60 – www.bythewaycreacom.net – Director editorial: Henry Lewis Blount – Directora de publicación: Pauline Ouin – Colaboradores: Henry Lewis Blount, Ken Kincaid, Patrick Love, Louis-Antoine Mallen – Traductora y correctora: Cristina López – Director artístico: Didier Trayaud – Gráfi cos por ordenador: David Lory – Créditos fotografía: Éric Lamperti/Alstom, Bouygues Immobilier, Port of Antwerp, Centre de Presse-Monaco 2010, Landsnet, Alamy/Photo 12, Graphic Obsession, Michel Tcherexkoff/Getty Images, Pavel Gaul/Getty Images, Roger Tully/Getty Images – Impresión: Lecaux. ISSN: 2102-0159. Nuestro agradecimiento a las empresas que amablemente nos han proporcionado ilustraciones.

hinkgridt Respetando el medio ambientered inteligente: Un cambio radical en el sector eléctrico

06¿Qué tan ecológica es mi fábrica?

08

Nº 09 Invierno de 2011

Entrevista a Vincent Maret

Innovación y rendimiento

Una solución de energía de la costa al barco flexible y limpia

Tradición en electricidad El desarrollo de la HVDC

46

5 PrESEntACiÓn Stéphan Lelaidier: Vicepresidente de I+D, Alstom Grid

6 PAnOrAMA ¿Qué tan ecológica es mi fábrica?

8 EntrEViStA A… Vincent Maret, del departamento

corporativo de investigación e innovación de Bouygues, el diversificado grupo industrial francés

11 EDITORIAL rompiendo las barreras

en tecnología eléctrica

12 Capítulo i respetando el medio ambiente Red inteligente: un cambio radical

en el sector eléctrico

23 Capítulo ii innovación y rendimiento Una solución de energía de

la costa al barco flexible y limpia

33 Capítulo iii Productos y servicios inteligentes Un adelanto tecnológico premiado:

el interruptor de by-pass para aplicaciones HVDC

44 OPiniOnES El mercado de ingenieros eléctricos

46 trAdiCiÓn En ELECtriCidAd El desarrollo de la HVDC

50 LECtUrAS rECOMEndAdAS Libros, periódicos, etc.

51 FEChAS PArA SU AgEndA No se pierda...

Think Grid

4 Alstom Grid///Invierno de 2011

Alstom Grid///Invierno de 2011 5

Las redes eléctricas deben estar preparadas para integrar los cambios que se están produciendo en el mix de generación y en los perfi les de carga en términos de confi abilidad, efi ciencia, sustentabilidad y asequibilidad. No es un mensaje nuevo, pero seguirá siendo válido en el futuro.

Actualmente estamos asistiendo a un cambio signifi cativo en el mix de generación en varias regiones del mundo, impulsado principalmente por las acciones encaminadas a reducir las emisiones de CO2, que están conduciendo a la introducción de más fuentes de energía renovables. Los perfi les de carga también experimentarán cambios que permitirán al consumidor participar mucho más activamente de lo que lo hace hoy.

La solución tecnológica para hacer frente a muchos de estos cambios es lo que a menudo se denomina “Smart Grid” o red inteligente. Una red inteligente se puede defi nir como «la red eléctrica que puede integrar de manera inteligente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a ella —generadores, consumidores y quienes desempeñan ambas funciones— con el fi n de garantizar de forma efi caz un abastecimiento sustentable, económico y seguro de electricidad1».

Este número de Think Grid se centrará en las estrategias y las soluciones tecnológicas que Alstom considera más adecuadas para hacer realidad las redes inteligentes.

Disfrute de su lectura.

1 Según la defi nición de la Plataforma Tecnológica Europea para las redes eléctricas del futuro.

PRESENTACIÓNStéphan Lelaidier: Vicepresidente de I+D, Alstom Grid

Estamos asistiendo a un cambio

signifi cativo en el mix de generación

eléctrica

S A L E S S N A P S H O T SL O G R O S C O M E R C I A L E S

EE. UU.Solución de software para el mercado de la energíaAlstom Grid suministrará a Southwest Power Pool Inc. (SPP) su suite de software e-terramarket para el lanzamiento del nuevo mercado integrado de SPP. La solución permitirá a SPP optimizar los costos de la energía, compartir reservas dentro de su territorio y gestionar mejor el aumento de las fuentes renovables en la red. El contrato incluye también e-terrasettlements, que facilita la gestión de los complejos cálculos fi nancieros necesarios.

MALTAEnlace submarino Malta-SiciliaEn asociación con Nexans, Alstom Grid ha conseguido un contrato llave en mano para instalar una interconexión submarina HVAC entre Malta y Sicilia. En el lado de Malta, Alstom Grid suministrará una subestación aislada en gas compacta de 220/132 kV, incluidos transformadores, aparamenta, dispositivos de protección, sistema de control y obra civil. En el lado de Sicilia, Alstom Grid reforzará la subestación existente con el fi n de dotarla de la capacidad necesaria para soportar la interconexión.

SUECIAConexión de la “red suroccidental”El operador sueco de redes de transmisión Svenska Kraftnät ha recurrido a Alstom Grid para la instalación de una nueva subestación de 420 kV en Barkeryd, en el sur de Suecia. La subestación será el punto de conexión septentrional de la red de transmisión suroccidental, pues conectará la estación convertidora HVDC a la red nacional de Suecia. El proyecto debe estar terminado a fi nales de 2013.

ALEMANIACalidad eléctrica y estabilidad de la tensiónDebido al rápido incremento de las renovables propiciado por los parques eólicos marinos y terrestres, el paisaje energético de Alemania está cambiando. Las distancias de transmisión son cada vez mayores, y la carga adicional hace necesario reforzar las redes. En este contexto, Alstom Grid suministrará dos sistemas de compensación de la potencia reactiva de 300 MVAr para la subestación de 380 kV de Bürstadt, una solución llave en mano basada en el uso de baterías de condensadores de conmutación mecánica combinadas con una red amortiguadora.

AUSTRALIASatisfacer la creciente demanda de energíaTransGrid, el mayor operador de transmisión de electricidad de Australia, ha hecho un pedido de subestaciones HV a Alstom Grid, que deberán entregarse en Nueva Gales del Sur en 2013. Un proyecto, en el centro de Sydney, incluye tres subestaciones aisladas en gas, tres subestaciones aisladas en aire y tres reactancias serie de núcleo de aire. Otra subestación aislada en aire de 132 kV, con destino en otro emplazamiento, permitirá atender la creciente demanda de energía, derivada principalmente de las actividades mineras en la zona.

China Junio de 2011

¿Qué tan ecológica es mi fábrica?SEC Alstom (Wuhan) transformers Co., Ltd., una joint venture de Alstom grid y el Shanghai Electric group (SEC), fue galardonada recientemente con el Premio a la Excelencia en Proyectos de inversión nacional 2011 que otorga la Asociación de inversiones de China. Este éxito viene a sumarse al que obtuvo la empresa en 2009 con la certifi cación LEED (Liderazgo en Energía y diseño Medioambiental) del Consejo de Edifi cios Ecológicos de Estados Unidos.El galardón chino supone un gran reconocimiento a la primera fábrica “verde” de transformadores del mundo. Desde el primer momento se buscó que la fábrica de transformadores de Wuhan fuera un referente en diseño y gestión respetuosos del medio ambiente. Para ello se aplicaron iniciativas “verdes” como la construcción de la fábrica y las ofi cinas con materiales ecológicos, la instalación de alumbrado exterior alimentado con energía solar y la recuperación del vapor residual para calefacción. Tampoco se instalaron calderas ni generadores diésel, lo que ha permitido reducir al mínimo las emisiones de dióxido de carbono, y además la fábrica ahorra agua gracias a un sistema de recogida de agua de lluvia.La fábrica SEC-Alstom de Wuhan es uno de los centros de producción de transformadores para ultra alta tensión más avanzados del mundo. Diseña, fabrica y prueba transformadores para corriente alterna de ultra alta tensión (UHVAC) de hasta 1.200 kV y transformadores para corriente continua de alta tensión (HVDC) de hasta 1.100 kV. Por otro lado, en 2010 los transformadores de Alstom Grid fabricados en Alemania obtuvieron el galardón a la “innovación ecológica” de los premios “I Nove You” de Alstom, por sus reducidos niveles de ruido y su tanque hermético, que utiliza aceite de ésteres como aislante en lugar de aceite mineral.

PanOraMa



I N F I G U R E S

1.200

1.000

800

600

400

200

kV

Año1910 1930 1950 1970 1990 2010

1911 1952 1960 1965 1969 1985 1988 1993 2009 20121929 1932

ALEMANIA

EE. UU.

ALEMANIA

SUECIA

RUSIA

CANADÁ

EE. UU.

CHINA

INDIA

ALEMANIA

ALEMANIA

110 kVLauchhammer – Riesa

CANADÁ

EE. UU.

735 kVMontreal – Manicouagan

CHINACHINACHINACHINA1.100 kV

Jindongnan – Jingmen

INDIA

1.200 kVBina

EE. UU.

765 kVBroadford – Marquis

220 kVBrauweiler – Ludwigsburg

SUECIA

EE. UU.

110 kVLauchhammer – Riesa

287 kVBoulder Dam – Los Ángeles

380 kVHarsprånget – Halsberg

525 kVMoscú – Volgogrado

Por “transmisión eléctrica” se entiende la transferencia de energía eléctrica desde el punto de generación hasta el punto de consumo. Las redes de transmisión eléctrica son más complejas y dinámicas que las de otros servicios públicos, como el agua o el gas, pues el fl ujo de energía que sale de la central generadora llega al consumidor fi nal a través de transformadores, subestaciones y líneas de transmisión y distribución. Desde comienzos del siglo pasado, la electri-

cidad se transmite a altas tensiones (110 kV y más). A lo largo del siglo XX, los niveles de tensión empleados en la transmisión de ener-gía eléctrica aumentaron de manera constante, y aún lo hacen. La primera instalación comer-cial moderna (transmisión de corriente alterna trifásica), de 110 kV, se puso en servicio en Alemania hacia 1910. El nivel de los 380 kV se alcanzó por primera vez en Suecia en 1952, y en la década de 1960 se instaló un sistema de 800 kV en Norteamérica. Desde entonces

se han puesto en servicio algunas instalaciones que superan los 1.000 kV, aunque no se operan a este nivel de tensión. Desde el año 2009 China cuenta con una instalación piloto de 1.100 kV, y la India terminará una línea corta de 1.200 kV el próximo año. Desde los orígenes de la transmisión de electricidad a alta tensión, Alstom Grid y sus empresas precursoras siem-pre han tenido un papel de liderazgo en esta tecnología y han instalado numerosos sistemas y equipos pioneros por todo el globo.

EVOLUCIÓN DE LOS NIVELES DE TENSIÓN CA

E N C I F R A S

EnTrEvisTa a…

El sector de la energía será decisivo en los próximos años.

8 Alstom Grid///Invierno 2011


Sr. Maret, ¿puede empezar por hablarnos un poco de su empresa, Bouygues?vincent Maret: Creado por Francis Bouygues en 1952, Bouygues es un grupo industrial diversificado que empezó como empresa constructora de edificios, promociones inmobiliarias y carreteras. Desde entonces nos hemos diversificado al campo de los medios de comunicación —tenemos una participación mayoritaria en TF1, la cadena de TV líder en Francia— y nos hemos con-vertido en operadora de telecomunicacio-nes, con actividades en telefonía móvil y fija, TV e Internet. En la actualidad nuestra plantilla es de 133.000 empleados repar-tidos por más de 80 países. En el año 2010 nuestros ingresos rondaron los 31.000 millones de euros. Además tenemos una participación del 30,74% en Alstom (a 30 de junio de 2011) que nos permitirá forjar asociaciones industriales, por ejemplo en infraestructura de transporte o construc-ción de centrales eléctricas. Esto nos ha llevado a participar de forma activa en el sector energético, sobre todo en nuevas energías.

Atardecer en París.Una típica escena parisina,

¡cuando el tiempo lo permite!La sede central de Bouygues, en la avenida Hoche de París.

¿Por qué está interesada Bouygues en las redes inteligentes?v.M.: Creemos que el sector de la energía será decisivo en los próximos años. De hecho, esperamos una revolución energética no muy distinta de la que vivieron las telecomunica-ciones y las TI hace más o menos una década. Con la reducción de la energía procedente de combustibles fósiles y la preocupación global por la sustentabilidad, el costo de la energía no sólo va a aumentar dramáticamente, sino que además se producirá un cambio signifi-cativo en el mix energético. Gran parte de la energía que se produzca procederá de fuentes renovables, que son variables por naturaleza; de ahí la necesidad de las redes inteligentes. Las redes inteligentes ayudarán a frenar los costos y reducir el consumo, y para ello se necesitarán edificios y carreteras más efi-cientes. También se requerirá educación, por ejemplo a través de programas de TV. Así pues, consideramos la llegada de las redes inteligentes una gran fuente de opor-tunidades de negocio para Bouygues. Ade-más afectarán al socio de Bouygues, Alstom, aún en mayor medida. Por tanto tenemos un interés enorme en las redes inteligentes,

para el diseño, la construcción e incluso la operación de las ciudades del mañana.

¿Puede darnos su definición de ecociudad?v.M.: En primer lugar, debe ser un lugar excelente para vivir, un barrio o comunidad respetuoso con el medio ambiente que no sea un búnker, sino que esté conectado con el territorio adyacente mediante toda una variedad de flujos de energía, agua, trans-porte, etc. Producirá energía segun el consumo, además será sustentable. En su calidad de ciudad del mañana, debe-ría atraer a ciudadanos y a empresas, y mejorar el territorio del que forme parte.

¿Cómo afectará la ecociudad a las futuras arquitecturas de red inteligente?v.M.: ¡Esa es la pregunta de la gallina y el huevo! El concepto de ecociudad que hemos imaginado tiene siete elementos clave de planificación urbana: energía, agua, biodi-versidad, transporte, reciclaje, edificios y servicios. La energía es un pilar básico del proyecto, y el objetivo es que las

vincent Maret del departamento corporativo de investigación e innovación de Bouygues, el diversificado grupo industrial francés. El Sr. Maret nos habla de la llegada de las ecociudades.


EnTrEvisTa a…

actuales de Bouygues y que dará lugar a nuevos negocios y servicios. Por ejemplo, con las ecociudades podríamos encontrar-nos gestionando la generación, el almace-namiento y el consumo de energía a escala de barrio. Ninguna empresa lo estaba haciendo hasta que Bouygues y Alstom unieron sus fuerzas para crear EMBIX. Así pues, las ecociudades afectarán a nuestra empresa en todos los niveles y nos brindará oportunidades totalmente nuevas.

¿Qué ventajas tendrán las ecociudades para sus clientes?v.M.: No hay una respuesta breve a esa pregunta. Depende del tipo de cliente. En el caso de los ciudadanos, las ventajas consistirán en un entorno residencial y laboral más efi ciente y agradable. Habrá espacio para la biodiversidad, centros de teletrabajo para gestionar la movilidad y es de esperar que ello conlleve un ahorro en costos energéticos. Por encima de todo, las ecociudades supondrán un cambio positivo en el estilo de vida. En el caso de las empresas B2B, el principal cambio será una ventaja fi nanciera en el corto plazo, debido al ahorro en costos energéticos. Para las autoridades locales, la mayor

ecociudades sean responsables desde el punto de vista energético. Esto signifi ca producir energía sin emitir CO2 y construir centros de almacenamiento de la energía. El resultado será una descentrali-zación de la generación de energía y un cambio en el mix energético, por lo que la red se asemejará más a Internet que a la estructura jerárquica actual. Son grandes cambios que se extenderán por el planeta y que las ecociudades están trayendo consigo.

¿Qué nuevas oportunidades de negocio espera Bouygues de las ecociudades? v.M.: Serán oportunidades de gran enver-gadura. En primer lugar, tendremos que remodelar nuestros negocios actuales para dar cabida a los importantes cambios que prevemos. Me refi ero especialmente a todos los aspectos relacionados con nuestras actividades de construcción: arquitectura, planificación, edificación y servicios. Ya hemos empezado a ver nuevas tendencias en los reglamentos, que apuntan a que todas las nuevas edificaciones deberán tener un plan energético e indicadores energéticos. Tendremos que diseñar y cons-truir esos edifi cios, y ayudar a operarlos gestionando los indicadores. Por tanto, derivaremos en gran medida de un negocio de productos a un negocio de servicios, muy en la línea con lo que hizo IBM 15 años atrás. En segundo lugar, con las ecociuda-des nos estamos acercando a territorio desconocido, un territorio que queda fuera de las fronteras de las unidades de negocio

ventaja será la cuestión de la sustentabi-lidad. Se beneficiarán de edificios más eficientes, que les permitirán reducir el precio de los alquileres y ofrecer mejores condiciones a las empresas para estable-cerse. Al mismo tiempo, la efi ciencia ener-gética de las ecociudades reducirá la factura de los servicios públicos. En defi nitiva, todos se benefi ciarán.

¿requerirá la nueva arquitectura grandes modifi caciones del marco regulador?v.M.: Depende del país; no todos están igual de avanzados. Francia, por ejemplo, ha aprobado legislación sobre la eficiencia térmica de los edifi cios. Por otro lado, tiene una única empresa mayorista, EDF, con una red centralizada y bien gestionada, y una fuente de energía principal: la nuclear. Ten-drá que adaptarse a un modelo de red inte-ligente más descentralizado. En cambio, los Estados Unidos tienen 3.000 compañías eléctricas con distinto marco regulador, estatus y sistema de gestión. Por consi-guiente, aunque existe una gran demanda de eficiencia, el camino hacia las redes inteligentes en Estados Unidos puede ser más largo, pero las necesidades son más urgentes. Otros países, como China y la India, tienen que superar algunos problemas de producción que repercuten considera-blemente en los precios de la energía. Por tanto, primero tienen que abordar el desa-fío de satisfacer la demanda. Sin las redes inteligentes, los precios de la energía no se pueden reducir a un nivel aceptable.

Las ecociudades supondrán un cambio positivo en el estilo de vida.

Miniparque de turbinas eólicas

Alumbrado urbano interfaz dSO entre el operador de la red de transmisión eléctrica y el operador de la red de distribución eléctrica

Sistemas integrados de energía y transporte

Cogeneración con biomasa (biomasa con captura de CO2)

huertas solares

Productores-consumidoresCentro de gestión de la energía

Edifi cios positivos en energía

Almacenamiento local de la energía

Fuente: Bouygues immobilierLA CIUDAD INTELIGENTE

Rompiendo las barreras en tecnología eléctrica

12 Capítulo I Respetando el medio ambiente

23 Capítulo II Innovación y rendimiento

33 Capítulo III Productos y servicios inteligentes


EdiTOriaL

Respetando el medio ambienteel medio ambienteLa red inteligente supone una inversión importante en tecnología, infraestructura y defi nición de estándares. También representa una enorme oportunidad, no sólo para el sector y los consumidores, sino para el planeta Tierra. El ecodiseño considera actualmente sistemas completos – no solo productos individuales – para determinar con precisión en qué parte de la red pueden reportar los mayores benefi cios las mejoras de diseño. El diseño de equipos de alta tensión con requisitos sísmicos muy estrictos ayuda a garantizar la seguridad y confi abilidad del servicio.

EdiTOriaL CAPÍTULO I INVESTIGAR SIN PERDER DE VISTA EL FUTURO



red inteligenteUn cambio radical en el sector eléctrico

Se estima que en 2020 podría haber inter-conectados unos 50.000 millones de dispo-sitivos de diverso tipo repartidos por todo el mundo. Esta cifra puede resultar incluso demasiado conservadora, dados los 6.000 millones de teléfonos móviles que hay en uso actualmente en el mundo. Las redes eléctri-cas serán la base de esta “constelación de microrredes”, pues proporcionarán energía prácticamente a todos los demás compo-nentes de uno u otro modo, pero también aprovecharán las nuevas posibilidades que ofrecen las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) de última generación. La suma de estas posibilidades recibe con frecuencia el nombre de “Smart Grid” o red inteligente, ya que gestiona el óptimo ener-gético del conjunto del sistema mediante la coordinación de los óptimos de las microrre-

des. Las definiciones varían, pero en líneas generales el término se utiliza para describir redes eléctricas capaces de manejar flujos de información y flujos eléctricos bidireccio-nales, desde la generación —tanto conven-cional como renovable— hasta el usuario

final: comercial, industrial y residencial. La red inteligente es a la vez motor y prerrequi-sito del sector de la energía que está evolu-cionando en respuesta a diversas fuerzas.

En el futuro, los flujos de energía

y comunicaciones serán bidireccionales,

y una amplia variedad de tipos y fuentes de

generación distribuida inyectarán energía en la red de transmisión

y distribución.

ECOSISTEMA ENERGÉTICO DE UNA RED INTELIGENTE

Las redes inteligentes son fundamentales para transformar las redes eléctricas de modo que puedan hacer frente al aumento de la demanda, a la generación distribuida e intermitente de las renovables y a las presiones medioambientales. Pero no solo presentan desafíos, también ofrecen oportunidades.

En el sector eléctrico tradicional, la mayor parte de la energía se produce de manera centralizada, por medio de grandes gene-radores alimentados con combustibles fósiles, y se envía a los clientes, que pagan una tarifa minorista promedio única. Las comunicaciones han sido siempre un pro-ceso unidireccional, basado en previsiones de consumo y cobrado mediante la lectura de contadores —realizada de forma manual e individual— meses después del suministro. Los medios de producción de energía actua-les tienen una huella de carbono excesiva-mente elevada. Si se mantiene la tendencia actual, por ejemplo, las emisiones de CO2 anuales aumentarán desde los en torno a 30 Gt actuales hasta casi los 43 Gt en 2035, fecha en la que la producción mundial de petróleo también podrá haber

La red inteligente es tanto un motor como un prerrequisito del sector de la energía.



tocado techo. Lo que está en juego es, por tanto, de gran importancia.

Impulsar el cambioCon las redes inteligentes, las comunicaciones se hacen multidimensionales y la información fluye entre numerosos dispositivos, partes interesadas y puntos de consumo en tiempo real. Gracias a ello, el sistema en su conjunto podrá operar con mayor fl exibilidad y facilitar la penetración de tecnologías con bajas emi-siones de carbono, como los vehículos eléctricos. Con toda probabilidad, las redes inteligentes también impulsarán la desregulación y, con ello, brindarán a los usuarios ventajas similares a las que les han reportado otras áreas, como las comunicaciones. También es probable que el precio de la electricidad fl uctúe de hora en hora, incluso de minuto en minuto, en función

de la disponibilidad de energía en el sistema. Las renovables son parte de la solución. Las energías eólica, solar, geotérmica, mareomo-triz y del oleaje, sumadas, crecerán a un ritmo más acelerado que cualquier otra fuente, a un 7,2% anual hasta el año 2030. Sin embargo, la integración de las renovables presenta sus propios desafíos, como subraya Laurent Sch-mitt, Vicepresidente de Soluciones de Redes Inteligentes en Alstom Grid: «Las soluciones para redes inteligentes tienen que garantizar la seguridad del suministro, teniendo muy en cuenta la cuestión de la intermitencia. Es pre-ciso integrar las renovables en un sistema coherente de gestión de la energía que tenga como función equilibrar toda la red de trans-misión y distribución a partir de instalaciones de generación y almacenamiento de energía distribuida de pequeña escala y en tiempo real,

Con toda probabilidad, las redes inteligentes

impulsarán la desregulación.


como las instalaciones solares en el techo o los vehículos eléctricos enchufables». Las redes inteligentes mejorarán el uso de los recursos de la red, ofreciendo a los clien-tes el incentivo de cambiar a un modelo de consumo basado en los momentos de alta disponibilidad de energía (periodos de menor consumo o de pico de renovables). La mejora en la efi ciencia de la red también reducirá la necesidad de implementar nuevas infraes-tructuras, sobre todo en las zonas conges-tionadas en las que los costos —y la oposición de la población— son cada vez más altos. En este ámbito, la electrónica de potencia ayudará a aumentar la densidad del fl ujo eléctrico por encima de la capacidad actual.

Las redes inteligentes también mejorarán la efi ciencia general del sistema al facilitar una mayor integración de las redes a través de regiones o países. Así, en las regiones que abar-quen zonas horarias o climatológicas diferentes, las redes inteligentes mejorarán enormemente el equilibrio entre el consumo de energía y la generación renovable, lo que redundará en una mayor efi ciencia de la red. Oportunidades simi-lares existen en Norteamérica, donde la infraes-tructura de la red está regionalizada.

Además de aportar ventajas económicas, las redes inteligentes facilitarán el desarrollo de redes de gran escala con emisiones cero de carbono. Aunque el consumo de electricidad representa tan solo el 17% del consumo fi nal de energía actual, produce el 40% de las emi-siones totales de CO2, en gran medida debido a que casi el 70% de la electricidad se obtiene de combustibles fósiles. Las redes inteligen-tes ayudarán a reducir esta aportación a la mitad, ya sea directamente mediante la mejora de la efi ciencia de la red, ya sea indi-rectamente mediante el respaldo a los vehí-culos eléctricos y las renovables.

Inversión en tecnologíasPara aprovechar ple-namente estas tecno-logías se requieren

grandes inversiones. Una red inteligente totalmente

operativa en los EE. UU. cos-taría entre 338.000 y 476.000 millo-

nes de dólares, según el instituto estadounidense de investigación en energía eléctrica (EPRI). El EPRI estima los benefi cios entre los 1.300 y los 2.000 billones de dóla-res. Con todo, en los últimos años el sector ha visto un gasto en investigación y desarro-llo relativamente bajo y en retroceso. Las buenas noticias son que no es necesario incorporar de una sola vez todas las tecno-logías que en última instancia constituirán la base de la red inteligente; la red inteligente

se puede desplegar a lo largo de varios años, incluso décadas, con las renovables distri-buidas y los vehículos eléctricos como impul-sores a largo plazo del proceso. Es más, varios de los componentes tecnológicos de la red ya existen, por lo que, explica Schmitt: «El enfoque de Alstom Grid es identifi car y desa-rrollar sinergias entre esos componentes tecnológicos críticos. Hemos defi nido 15 ini-ciativas básicas de soluciones inteligentes que abarcan las salas de control de la red, las soluciones de subestación digital y la electrónica de potencia».Las actividades de Alstom Grid en redes inte-ligentes cubren tecnologías de toda la cadena de valor: electrónica de potencia que incluye sistemas de HVDC, FACTS, convertidores para renovables, compensadores estáticos de energía reactiva y STATCOMs – soluciones para la automatización de subestaciones que abarcan toda la protección y el control de las aplicaciones de transmisión y distribución, así como las TI de la sala de control. «Nuestro objetivo es proporcionar soluciones inteligentes en todo un abanico de escalas geográfi cas, desde subestaciones, ecobarrios y microrredes, hasta ciudades inteligentes y redes regionales e internacionales».

EsTandariZaCiÓn En EE. UU.

En los Estados Unidos, el liderazgo de Alstom Grid se plasma en su participación en la elaboración y en la aplicación de estándares. El Dr. Lawrence E. Jones, director de asuntos regulatorios, política y relaciones industriales de Alstom Grid para Norteamérica, fue nombrado en 2010 por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) del Departamento estadounidense de Comercio para el recién creado Comité Asesor Federal para la Red Inteligente (SGFAC) por un periodo de tres años.

El NIST apoya uno de los aspectos clave del desarrollo de la red inteligente: reunir a compañías eléctricas, reguladores, fabricantes, consumidores y proveedores de electricidad para elaborar estándares de interoperabilidad. El proceso marco del NIST está liderado por el panel de interoperabilidad de las redes inteligentes (SGIP). El SGFAC apoya el liderazgo del NIST con directrices para su trabajo presente y futuro sobre la red inteligente, incluidos los procesos del SGIP. En julio de 2011, el SGIP registró las primeras seis rúbricas en su catálogo de estándares, una guía para todos los implicados en las tecnologías

relacionadas con la red inteligente. En agosto de 2011, la Comisión Federal de Regulación de la Energía (FERC) decidió no establecer una regla para los estándares sobre la red inteligente, sino animar a todos los interesados a participar en el proceso marco de interoperabilidad del NIST, que es ya la base para el desarrollo de los estándares sobre interoperabilidad. Con este incentivo de la FERC, la mayor participación de las compañías eléctricas en las actividades del SGIP ayudará a alcanzar el nivel de “consenso” que se necesita para adaptar los estándares y que el sector los implemente.

M Á SDr. Lawrence Jones

La red inteligente se puede desplegar progresivamente.



En el futuro, las ciudades, las energías renovables distribuidas y los vehículos eléctri-cos se tendrán que integrar en comunidades eléctricas virtuales para garantizar que la energía se utilice lo más cerca posible del punto de producción, con el fi n de evitar la congestión de las redes de transmisión principales. La red inteligente también servirá como columna vertebral para la integración de los sistemas de transporte de electricidad del futuro, con el fi n de permitir los fl ujos bidireccionales de energía entre la infraestructura de transporte pública y las redes de las compañías. El nuevo sistema de gestión de distribución integrada (integrated Distribution Manage-ment System, iDMS) de Alstom es una pla-taforma de TI clave para optimizar los fl ujos de energía en el corazón de una red de dis-tribución urbana. «Ofrecemos la conexión de estaciones a la red de transmisión, que puede evolucionar hacia redes de corriente directa basadas en tecnologías VSC (convertidor de fuente de tensión) para maximizar la densi-dad del fl ujo eléctrico de la red en corredores fundamentales de las grandes ciudades».Estos ejemplos ilustran el hecho de que la red inteligente no tiene que ver simplemente con medidores inteligentes, sino mucho más con comunicación hacia arriba, automati-zación y TI de gestión de la energía.

Estándares: un elemento crucialLos estándares son también fundamentales en la integración de tantos tipos diferentes de equipos y usos entre las diversas entida-des conectadas a la red: consumidores, vehículos, edifi cios e instalaciones de reno-vables. También son esenciales para que las compañías eléctricas obtengan un retorno de la inversión en tecnologías. «Un conjunto común de estándares destinado a garanti-zar la interoperabilidad a todo lo largo de la infraestructura de red inteligente respaldará la confi anza del mercado en estas nuevas aplicaciones y estimulará la inversión de las compañías. Los plazos son un dilema. Si la estandarización es prematura, podría inhi-bir la adopción de tecnologías posteriores; si tarda demasiado, los costos de transición

siguientes —proyectos globales de gran escala— incluirán a todos los opera-dores e interesados del sector de la energía. Alstom Grid ha estado desarrollando varios proyectos de demostración en todo el mundo, en colaboración con administraciones públicas, compañías eléctricas e industrias. Por ejem-plo, la Comisión europea considera el proyecto Fénix un primer paso clave en este ámbito. El proyecto TWENTIES probará prototipos de herramientas de Alstom Psymetrix para la gestión en línea de la estabilidad, y realizará sistemas de demostración con las tecnologías

Los estándares son esenciales para garantizar el retorno de la inversión en tecnologías.

al nuevo estándar podrían impedir la implan-tación a gran escala de tecnologías». Alstom Grid se ha implicado activamente en el desarrollo de estándares IEC, promoviendo un modelo de datos armonizado en línea con los estándares del comité técnico 57 del IEC: el 61850 y el CIM. «Se han dedicado muchos esfuerzos a la implantación sobre el terreno de los estándares IEC; es importante completarlos con el uso de la nueva red inteligente y acele-rar la transición».

No obstante, la interoperabilidad planteará nuevas difi cultades. Mientras los sistemas de control de la red han estado histórica-mente aislados de la infraestructura de TI pública, los nuevos puntos de conexión de clientes plantearán nuevos riesgos de intru-sión cibernética. Eso hace de la cibersegu-ridad una aplicación crítica para los futuros sistemas de red inteligente.

Pasos siguientesHace unos años comenzó el despliegue de soluciones de red inteligente en las redes de transmisión, y ahora se están extendiendo a nuevas aplicaciones de distribución. Los pasos


En las próximas décadas, el automóvil no será ya un mero medio de transporte, sino que se convertirá en un componente importante de almacenamiento de energía en el escenario de redes inteligentes. Actualmente, todas las empresas automotrices están invirtiendo en vehículos eléctricos, Citroën incluida. La imagen muestra la primera generación del modelo C0 de Citroën.

críticas que se precisan para crear una red de transmisión híbrida (corriente alternativa y continua) paneuropea, capaz de responder a la mayor cuota de renovables de 2020. El proyecto de demostración de red inteligente del Pacífi co noroccidental de los EE. UU. está probando tecnologías de control de nueva

generación para optimizar el desempeño de la infraestructura de red hasta el nivel del usuario fi nal residencial. Alstom Grid aporta a este proyecto tecnologías de control para monitoreo de la situación, visualización de los recursos renovables e información sobre precios en tiempo real. Las redes inteligentes también afectarán la manera en que se realizan las transacciones de energía cuando en las interacciones en tiempo real intervienen actores de toda la cadena de valor. Schmitt concluye: «Las redes inteligentes reportarán benefi cios medioam-bientales y efi ciencia de red, y fomentarán la introducción de nuevas aplicaciones eléctricas, al tiempo que mantendrán la confi abilidad y la solidez de la red. Eso es importante para todos, el sector, los clientes y los ciudadanos».

EsTandariZaCiÓn dE Las rEdEs inTELiGEnTEs

Alstom participa activamente en varios grupos dedicados a la estandarización de la red inteligente que están revisando la combinación de tecnologías propietarias y nuevas que se integrará en una arquitectura de red inteligente común.En 2008 el IEC creó un grupo estratégico sobre red inteligente que ha elaborado un plan de trabajo y una lista con unos 100 estándares IEC relevantes, entre ellos los siguientes: IEC61970 (CIM), IEC61850 (automatización de estaciones) e IEC/ TS 62351 (seguridad). Por su parte, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de los EE. UU. ha presentado un marco y un plan de trabajo para los estándares de interoperabilidad de la red inteligente. El IEEE ha colaborado estrechamente con el NIST en el desarrollo de un plan de trabajo de estándares y un marco de ensayo y certifi cación para la red inteligente. La Comisión europea ha reconocido la importancia del desarrollo de la red inteligente para el futuro económico de Europa y ha creado un grupo de acción de redes inteligentes y conferido varios mandatos a organismos de estandarización europeos. El Instituto Europeo de Normas de Telecomunicación (ETSI) y el Comité Europeo de Normalización Electrotécnica (CEN/CENELEC) están trabajando juntos en el mandato M490 para abordar las necesidades de red inteligente de todas las industrias. En 2012 estarán listos un primer conjunto de estándares sobre la red inteligente y una arquitectura de referencia.

M Á SLaurent Schmitt

En 2012 estará listo un primer conjunto de estándares sobre la red inteligente.



El eco-diseño tiene ya unos años de historia. Formalizado por el Consejo empresarial mundial para el desarrollo sustentable en la Cumbre de Río de 1992, el eco-diseño se defi ne por la integración de las consideraciones medioambientales en el diseño y desarro-llo de los productos, con el fi n de mejorar su comportamiento medioambiental durante todo el ciclo de vida: materias primas, fabricación, distribución, uso, eli-minación… y todas las etapas intermedias, incluido el transporte.

Eco-diseño un enfoque al sistema Hasta ahora, el eco-diseño se ha centrado básicamente en la mejora del comportamiento medioambiental de productos individuales. Alstom Grid ha puesto en marcha un “enfoque al sistema” destinado a reducir al mínimo el impacto ambiental de la red de transmisión eléctrica en su conjunto.

Eliminación

Producción de materias primas

Fin de la vida útil

Uso

reciclaje

CONCEPTO DE CICLO DE VIDA DE LOS PRODUCTOS/SISTEMAS


mente desarrollar soluciones para reducirlas), se hizo una evaluación del ciclo de vida de una red de transmisión CA de 765 kV exis-tente en Venezuela. «El principal desafío que plantea la realización de una evaluación del ciclo de vida en una red de transmisión», explica Isabelle Huet, «es recopilar todos los datos de los proveedores de los equipos. Elegimos la red venezolana porque la mayor parte de los componentes principales son de Alstom Grid. Así nos resultó más fácil reco-pilar la mayoría de los datos». Los resultados de la evaluación demuestran que, en casi todos los indicadores, la fase de uso (en comparación con las otras fases, es decir, materias primas, fabricación, etc.) es la que provoca mayor impacto en el medio ambiente. Por ejemplo, esta fase representa aproximadamente el 56% del potencial de calentamiento global y alrededor del 76% del potencial de agota-miento de la capa de ozono. «El análisis de los datos revela tam-bién que las pérdidas de energía en las líneas de transmisión es la carga ambiental predo-minante en la fase de uso», subraya Isabe-lle Huet. «Son 10 veces mayores que las pérdidas en las subestaciones, y los con-ductores son los máximos culpables».

Aunque mucho menores, las pérdidas de energía en las subestaciones también son reseñables y tienen su origen principalmente en los transformadores de potencia (61,9% de la fase de uso de las subestaciones) y las reactancias shunt (30,6%). «Pero también hemos detectado pérdidas (del 3% aproxima-damente) en las barras y los transformadores de corriente», añade Isabelle Huet. Además, las emisiones de SF6 de los interruptores, aunque son muy pequeñas, tienen un impacto calculable en el calentamiento global.

Aprovechar la información para el eco-diseñoLa disponibilidad de estos datos es el punto de partida para mejorar el diseño ecológico

del sistema, aplicando el eco-diseño a sus par-tes constitutivas. Esto, a su vez, exige prestar atención a las etapas posteriores (fin de la vida útil) y anteriores a la fase de uso (principal-mente producción de materiales y fabricación, así como transporte). Alstom Grid ya ha comenzado a reevaluar y rediseñar varios de los

productos de la red de transmisión para reducir el impacto sobre el medio ambiente que ha puesto de manifi esto la evaluación del impacto ambiental. «Este esfuerzo

El enfoque al sistema tiene en cuenta el perfi l medioambiental de todos los componentes.

Fábrica Alstom

nueva aparamenta aislada en aire gL 312 de eco-diseño.

Un componente clave del eco-diseño

es la evaluación del ciclo de vida, que establece un perfi l

medioambiental. La evaluación da lugar a una valoración previa del posible

impacto sobre el medio ambiente de un pro-ducto o un servicio. Se ha aplicado a numerosos productos, tanto del sector eléctrico como de otros. Sin embargo, como lo señala la ingeniera investigadora de Alstom Grid Dra. Isabelle Huet: «Ningún producto individual puede suministrar electricidad a los usuarios; es la red de transmisión la que lo hace». Y la red de trans-misión incluye un número enorme de produc-tos. «Por eso se requiere un enfoque al sistema, que tenga en cuenta el perfi l medioambiental de todos los componentes», dice Isabelle Huet. «El eco-diseño de los sistemas eléctricos es la prolongación natural del enfoque en el pro-ducto y conducirá a una reducción del impacto sobre el medio ambiente de todo el sistema».

Un caso realCon el fi n de localizar con precisión las dis-tintas cargas medioambientales (y posterior-



es parte de la política de eco-diseño de la empresa», apunta Isabelle Huet.«Uno de sus propósitos es reforzar y mejo-rar el comportamiento medioambiental de nuestros productos mediante un enfoque de eco-diseño». Así, la serie G de transfor-madores de potencia ha sido rediseñada para hacerlos más compactos. Con ello se reduce la necesidad de materiales, embalaje y transporte. También se simplifi ca el des-mantelamiento al fi nal de la vida útil. Ade-más se han eliminado los tratamientos superfi ciales, particularmente las sustancias peligrosas como el cadmio y el cromo hexa-valente. Quizá sea más signifi cativo que el consumo de aceite se haya reducido y, sobre todo, que el consumo de energía se haya mejorado. Esfuerzos similares se han dedi-cado al interruptor GL 312. Así, se ha logrado reducir en más de la mitad la energía nece-saria para maniobrar el dispositivo, desde 3.500 joules a 1.450 joules, lo que ha dis-minuido el consumo de energía eléctrica en la fase de uso y permitido a las compañías eléctricas reducir el tamaño de las baterías

de alimentación. También se han limitado los materiales, el peso y el embalaje. Se ha prestado especial atención al indicador del calentamiento global, con el resultado de que ha mejorado la hermeticidad del SF6 hasta alcanzar la hermeticidad óptima en todas las columnas polares llenas de SF6 a la presión máxima. Estos procesos de redi-seño se están aplicando a buen ritmo a otros equipos de la red de transmisión. También el trabajo de evaluación. «Las subestaciones de la red venezolana son de aparamenta aislada en aire», dice Isabelle Huet. «Entre-tanto hemos realizado una evaluación com-parativa del ciclo de vida en una GIS (subestación encapsulada) de 400 kV para determinar cuál tiene menores repercusio-nes en el medio ambiente. Y ya están pro-gramadas nuevas investigaciones que se centrarán en el efecto ecológico de integrar tecnología de punta, como FACTS, o en examinar si la transmisión UHV mejora el perfi l medioambiental de las redes». Evi-dentemente, queda mucho margen de mejora. El viaje acaba de empezar.

Una CaJa dE hErraMiEnTas MUY COMPLETa

«El centro de investigación ARC de Alstom Grid en Francia ha concluido otras evaluaciones complejas», comenta la ingeniera investigadora Isabelle Huet. «Por ejemplo, a petición de la compañía de electricidad suiza AXPO hemos efectuado una comparación ambiental de tres tecnologías para la subestación de 380/220 kV de Rüthi, actualmente en fase de proyecto. Las alternativas eran una subestación aislada en aire con interruptores de tanque vivo (AIS LT), una subestación aislada en aire con interruptores de tanque muerto (AIS DT) y una subestación aislada en gas (GIS)». El estudio se hizo con respecto al método de evaluación del ciclo de vida. Debido principalmente a las pérdidas de energía, el transformador de potencia de la subestación de Rüthi destaca en casi todos los aspectos relacionados con el medio ambiente. Por lo tanto, en este caso las diferencias de impacto ambiental se explican sobre todo por el contenido de SF6 (ventaja para las AIS), por las pérdidas por efecto Joule (ventaja para la GIS) y por el edifi cio GIS (ventaja para las AIS). Alstom Grid tiene previsto seguir con este trabajo, tanto para sus clientes como para sus propias divisiones. «ARC es el centro de competencia en eco-diseño de Alstom Grid y coordina todas las actividades de eco-diseño de Alstom Grid. Se centra en las capacidades de eco-diseño y proporciona una gama completa de herramientas, entre ellas, un plan de trabajo en eco-diseño, listas de sustancias prohibidas, herramientas de evaluación del impacto ambiental, un modelo de perfi l medioambiental de productos detallado, un manual y un libro de especifi caciones relacionadas con el fi n de la vida útil. También engloba servicios de asesoramiento, como conocimiento especializado sobre estándares, referencias, auditorías y mucho, mucho más».

Dra. Isabelle Huet

M Á S

RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DEL CICLO DE VIDA DE TODA LA RED DE TRANSMISIÓN

0

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Fase de uso TransporteMateriales

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indiCAdOrES dEL iMPACtO AMBiEntALLos sistemas y productos se evalúan conforme a una selección de indicadores del impacto ambiental. Los principales indicadores son:- Calentamiento global- Acidifi cación del aire- reducción de la capa

de ozono- toxicidad del aire- toxicidad del agua- Agotamiento de las

materias primas- Agotamiento energético

- Producción de residuos peligrosos

- Agotamiento del agua- Peso- Volumen- Embalaje- Pérdidas por el efecto

Joule

El transporte es parte del eco-diseño. Las nuevas camillas de transporte de Alstom grid para ductos de barras aisladas en gas son reutilizables y reciclables.


«Es imposible dar la suficiente importancia a la calificación sísmica de los equipos eléc-tricos, dado que las con-secuencias de una falta en la estructura o en los equipos a causa de un episodio sísmico pueden ser dramáticas», dice el Dr. Xian Lu, investigador senior y experto de Alstom Grid. Las faltas pueden provocar problemas como el colapso de los equipos o daños en toda la red eléctrica. Alstom Grid construye e instala equipos y productos por todo el mundo, y muchos

países, como Japón, China y algunas zonas de los Estados Unidos, son menos afortu-

nadas que Europa del Norte en materia de acti-vidad sísmica. «Por este motivo, es vital que dise-ñemos nuestros productos —sobre todo el equipa-miento de alta tensión— de manera que cumpla los requisitos sísmicos más estrictos, con el fin de garantizar la seguridad

general y la funcionalidad ininterrumpida de los equipos. Pero es importante no sobre-dimensionar, pues ello supondría un desper-

dicio de recursos y tendría repercusiones en el medio ambiente».Dependiendo del riesgo sísmico y del tipo de equipo, se pueden contemplar varias solucio-nes para mejorar la resistencia sísmica y el rendimiento, como los diseños especialmente reforzados, los diseños flexibles, el uso de amortiguadores, etc. No obstante, la comple-jidad de los equipos eléctricos y las interrela-ciones que pueden surgir entre fenómenos vibratorios hacen necesario llevar a cabo una evaluación y una verificación cuidadosas.

¿Es seguro?La calificación sísmica es un proceso que consiste en demostrar que el equipo

La calificación sísmica de equipos eléctricos Un juego de equilibrio Para comprobar si los equipos eléctricos cumplen los estrictos estándares sísmicos, Alstom utiliza una combinación de pruebas de mesa vibratoria y simulaciones. El objetivo es asegurarse de que los equipos operen dentro de los esfuerzos admisibles y las limitaciones operativas, sin sobredimensionarlos.

Es vital cumplir los requisitos sísmicos más estrictos.

PRUEBAS SÍSMICAS DE MÓDULOS DE VÁLVULAS DE TIRISTORES



funciona con seguridad y que la estructura no pierde robustez cuando se somete a un movimiento sísmico.Este proceso requiere una estrecha cola-boración entre ingenieros eléctricos y mecánicos. En general, la califi cación sís-mica se basa en la prueba de la mesa vibratoria o en el análisis de simulaciones por ordenador. Gracias a las avanzadas tecnologías informáticas y a la experiencia acumulada en las pasadas décadas, la simulación por ordenador basada en el análisis de elementos fi nitos se ha exten-dido cada vez más, sobre todo para equipos y estructuras grandes y complejos que resultaría difícil —cuando no imposible— probar en una mesa vibratoria por motivos físicos o económicos.Todas las cargas sísmicas tienen su origen en un movimiento del terreno y en la ener-gía vibratoria que se transmite por toda la estructura y los equipos a través de los soportes y las conexiones. «Por eso, en un proceso de diseño la califi cación sísmica incluye evaluar el requisito sísmico que describe las cargas en los equipos, las carac-terísticas estructurales de los equipos y la reacción de los equipos a determinadas cargas sísmicas», explica Lu. Los episodios sísmicos no son regulares; son aleatorios y únicos. Con todo, el requisito sísmico se suele describir por medio de las aceleracio-nes pico en tierra y el espectro de respuesta, que suelen estar defi nidos en la normativa regional o internacional.

Estático o dinámicoCon el requisito sísmico especifi cado, el com-portamiento de la estructura o el equipo ante movimientos sísmicos se puede evaluar con simulaciones por ordenador. Dependiendo

de las características del equipo o la estruc-tura concretos, se pueden aplicar diferentes enfoques: análisis estático, análisis diná-mico del espectro de respuesta y análisis dinámico en el dominio del tiempo. La elección de un método dinámico o del está-tico depende de varios factores. Las vibra-ciones sísmicas provocan más daños en la gama de frecuencias comprendida entre 1 y 10 Hz, dado que muchas veces coinciden con las frecuencias naturales de las estruc-turas y los equipos. En este caso, la amor-tiguación se convierte en el factor principal de las respuestas estructurales, por lo que se precisa un método de análisis dinámico para poder tener realmente en cuenta la amortiguación. En cambio, el método del coeficiente estático se puede usar para analizar un diseño resistente a terremotos cuya gama de frecuencias natural esté muy alejada de la de 1-10 Hz. Este método es más sencillo y barato, pero en general tam-bién es más conservador. «En última ins-tancia, las reacciones de los equipos en términos de tensión, deformación o des-plazamiento se evalúan para tener la segu-ridad de que no se salgan de los márgenes de esfuerzo admisibles ni de los límites operativos», concluye Lu. «El análisis de la califi cación sísmica también proporciona datos para abordar actividades de rediseño o mejora en caso de no conformidad».

PrUEBa dE La MEsa viBraTOria Y siMULaCiÓn POr OrdEnadOr dEL MÓdULO dE vÁLvULas h400

En los últimos años, el centro de investigación y tecnología de Alstom Grid (ART) ha participado en análisis de califi cación sísmica de equipos de electrónica de potencia para muchos proyectos, entre ellos las válvulas HVDC de Ningdong-Shandong para China y la estación VSC del parque eólico del Mar del Norte. Un proyecto importante fue la válvula de tiristores de LingBao II, formada por varios módulos H400. Los estudios de califi cación sísmica comenzaron sometiendo un módulo H400 de válvula de tiristores a pruebas exploratorias de barrido senoidal en el laboratorio de ingeniería y terremotos BEELAB, para identifi car las respuestas más dañinas de la estructura. Los resultados se utilizaron para depurar un modelo de elementos fi nitos del módulo H400 de un solo nivel. A continuación se modeló la válvula completa de ocho niveles a partir de un modelo de elementos fi nitos depurado para realizar un análisis espectral en el dominio de la frecuencia, aplicando el espectro de respuesta sísmica especifi cado. Con estos análisis se defi nieron datos de entrada para determinar el espectro de respuesta requerido. A continuación se montó el módulo H400 en una mesa vibratoria y se le aplicó una prueba sísmica triaxial hasta el 140% del espectro de respuesta requerido. Tanto las simulaciones por ordenador como las pruebas en mesa vibratoria demostraron su conformidad con el estándar IEEE 693-2000.

Dr. Xian Lu

M Á S

Los episodios sísmicos no son regulares; son aleatorios y únicos.

Válvulas descargadores de sobretensiones

ANÁLISIS DEL ESPECTRO DE RESPUESTA REQUERIDA A DESPLAZAMIENTOS Y TENSIONES

EdiTOriaL CAPÍTULO II POR DELANTE DE NUESTRO TIEMPO

Una aplicación innovadora de la tecnología de Alstom Grid es la alimentación de barcos desde puerto. Tiene bajo costo y es mucho mas ecológica. Los limitadores de corriente de falta ofrecen una serie de ventajas en aplicaciones de transferencia de energía y estabilidad de la tensión, así como en el diseño de equipamiento de transmisión. Además se autorregulan y son a prueba de faltas. La simulación multifísica es de gran ayuda para desarrollar y probar prototipos virtuales cuya implementación real resultaría costosa y llevaría mucho tiempo construir; con ella se puede comprobar cómo reaccionará un sistema a la acción simultánea de distintas fuerzas.

Innovación y rendimiento




La contaminación del aire ocasionada por los barcos es considerable y va en aumento. Muchos barcos utilizan para propulsarse un combustible más de 3.000 veces más sucio que la gasolina de los coches que libera óxidos de azufre, nitrógeno y carbono, además de partí-culas en suspensión. La Unión Europea requiere que los buques que naveguen por aguas inter-nacionales hayan reducido el contenido de azufre de su combustible al 0,5% en 2020. En las zonas de bajas emisiones del Báltico y el Mar del Norte, el plazo termina en 20151.

Hay una manera de reducir a cero las emisiones —al menos durante unos cuantos días u horas— mediante una práctica que se conoce como energía marítima alternativa (AMP por su abreviatura en inglés), alimentación desde tierra o cold ironing2. Consiste en suministrar energía a los barcos atracados desde la red local. Todavía hoy, la mayoría de los barcos atracados mantienen los motores en marcha para dispo-ner de luz, calefacción, refrigeración, etc., lo cual produce una contaminación considerable. La California Air Resource Board (CARB)

estima que los barcos atracados representan el 70% del riesgo tóxico total del aire que res-piramos. Con la alimentación desde puerto no generan emisiones ni ruido, puesto que sus motores permanecen apagados y reciben toda la electricidad que precisan a través de un cable prolongador para servicio pesado que va desde un transformador de diseño especial conectado a la red eléctrica situado en el mue-lle hasta el sistema eléctrico del barco. Según las estimaciones, el cold ironing podría eliminar más de 454 kg de las emisiones de

Una solución de energía de la costa al barco fl exible y limpia

La fl exibilidad de la solución

de alta tensión de Alstom Grid

para alimentar barcos en puerto desde fuentes

de energía terrestres ayudará a los propietarios de barcos

y a las autoridades portuarias a reducir las emisiones

y los costos en combustible.

Aparamenta MT

Transformador reductor

Convertidor estático

de frecuencia

Interruptor y armario

de protección

Transformador de adaptación

al nivel de tensión del barco

Interruptor Armario Sistema de conexiónTransformador TransformadorConvertidor

Sistema de conexión al barco

QUEEN MARY 2


NOx de un buque portacontenedores típico, 32 kg de las de SO2 y 7 kg de las partículas en suspensión durante una escala en puerto de 24 horas, además de reducir sus emisiones de carbono un 26%. El cold ironing también tiene evidentes ventajas comerciales. En efecto, las estimaciones indican que el coste del kilovatio-hora obtenido a través de una toma en puerto es un 50% inferior al que se obtiene con los generadores diésel a bordo. Si a ello añadimos la inminente legislación sobre el azufre y los incentivos fi scales con que

Una solución de energía de la costa al barco fl exible y limpia

probablemente cuente la alimentación desde puerto, el cold ironing resulta muy atractivo.

Poca infraestructura,pocos estándaresCon todo, como señala Joel Devautour, director de I+D para la línea de producto de suministro eléctrico especial (SPS) de Alstom Grid, deben darse algunas condiciones. «En primer lugar», comenta, «tiene que existir una infraestructura adecuada. La hay en muchos puertos de EE. UU. y de algunos países europeos, como Suecia

y Alemania, pero la mayor parte de los puertos carecen de ella. Construirla requiere grandes inversiones». Las cifras normales se sitúan entre 1 y 3 millones de dólares, mientras que el costo de adaptar los barcos puede ir desde los 300.000 a los 2 millones de dólares. Es más, para que las instalaciones portuarias de conexión sean viables, es preciso que los barcos hagan escalas frecuentes o de larga duración.El panorama se completa con el retraso en la publicación del estándar IEC/IEEE/ISO común sobre los sistemas de conexión

Aparamenta MT

Transformador reductor

Convertidor estático

de frecuencia

Interruptor y armario

de protección

Transformador de adaptación

al nivel de tensión del barco

Interruptor Armario Sistema de conexiónTransformador TransformadorConvertidor

Sistema de conexión al barco

El cold ironing podría eliminar más de 454 kg de las emisiones de nOx de un buque portacontenedores típico, 32 kg de las de SO2 y 7 kg de las partículas en suspensión durante una escala en puerto de 24 horas, además de reducir sus emisiones de carbono un

26%



de los barcos, pues los barcos tienen distintos requisitos de tensión o frecuencia estándar. Así, unos utilizan 50 Hz y otros 60 Hz, los rangos de tensión de distribución primaria van de 400 V a 11 kV y el consumo puede variar enormemente, desde unos cientos de kilovatios en el caso de los ferries hasta varios megavatios en el de los cruceros. «Otro factor importante», añade Devautour, «es la situación del mercado. En los últimos seis meses hemos recibido convocatorias de licita-ciones no sólo de puertos, sino también de compañías eléctricas». Alstom Grid diseñó originalmente su solución de conexión de alta tensión a puerto (HVSC) enchufable para requi-sitos de carga inferiores a 20 MW. Sin embargo, la diversidad de la demanda le llevó a desarro-llar una solución modular con una precisión típica de 1 MW aproximadamente. Así, si un cliente solicita una solución con una capacidad

de, por ejemplo, 12 MW, la solución proporciona exactamente eso, no 11 ni 13 MW. «El pro-blema», dice Devautour, «es que proporcionar una precisión de 1 MW en soluciones de alta capacidad tiene un costo. Ahora estamos tra-bajando en una solución independiente, cen-tralizada, para las necesidades de alta capacidad de las compañías eléctricas. Se basa en un único convertidor central en lugar de en un sistema de convertidores redundantes en paralelo».

Flexibilidad para un mercado fluidoEl equipo de I+D para SPS de Alstom Grid empezó a trabajar en la solución HVSC modu-lar a mediados de mayo de 2010. No comenzó desde cero, sino que partió de un módulo inte-grado de electrónica de potencia (PEBB) pro-pietario que Devautour describe como una especie de “convertidor back-to-back”. Para la plataforma de control digital se optó por una

solución comercial. En el corazón del sistema está el convertidor, que Devautour considera el componente individual más importante. «La conversión de frecuencia es vital, dado que gran parte de los barcos utilizan una frecuen-cia de 60 Hz, mientras que la mayoría de los puertos —excepto los estadounidenses— uti-lizan 50 Hz. Nuestro convertidor también convierte tensiones, mitiga armónicos y efec-túa una corrección del factor de potencia». La solución HVSC actual consta de un sis-tema de convertidores en paralelo para garantizar redundancia, de modo que si un convertidor falla, otro entra en funcio-namiento. «De ese modo garantizamos la continuidad del servicio», subraya Devau-tour. «Nuestros convertidores no están en fase, sino intercalados, lo cual mejora el filtrado de los armónicos y reduce el tamaño del filtro.

© Centre de presse-Monaco 2010

PUERTO DE ANTWERPPUERTO DE MÓNACO


En general, el diseño modular y la redundan-cia potencian la fl exibilidad. Si se combina con una buena calidad eléctrica, la solución cuenta con una ventaja adicional». Además, gracias al sistema de terminales de tipo enchufe, los barcos se pueden conectar a fuentes de electricidad terrestres en cuestión de minutos, una característica que tanto los operadores portuarios como los propietarios de los barcos tienen muy presente. La arquitectura básica de la solución ya está lista y su mejor fortaleza es la fl exibi-lidad. Cada puerto es único, pero a ninguno le sobra demasiado espacio. La solución de Alstom responde a este problema gra-cias a la modularidad de su arquitectura, pues resulta muy fácil adaptar el diseño a la confi guración del puerto. «Con la misma tecnología, podemos ofre-cer también suministro y almacenamiento

de energía procedente de fuentes solares y eólicas. Tanto los propietarios de barcos como los puertos están muy interesados en las energías renovables», dice Devau-tour. El plan incluye además estar prepa-rados para la red inteligente, que permitirá a los clientes aprovechar al máximo esta mejora de la capacidad renovable garan-tizada. Muchos puertos no tienen capaci-dad instalada para los barcos que los usan intermitentemente. Las redes inteligentes, con un suministro de energía renovable almacenada, les permitirán proporcionar energía a los barcos atracados sin necesi-dad de ampliar su capacidad.

1 Fuente: Transporte y Medio Ambiente2 Cold ironing es una expresión que se remonta a la época de los motores de carbón. Cuando el barco echaba el ancla en un puerto, se dejaba de alimentar el fuego y las calderas de hierro (iron) se enfriaban (cool).

CrUCErOsLos cruceros modernos tienen capacidad para 6.300 pasajeros y 2.000 ofi ciales y tripulantes. Durante la construcción en 2003, el Queen Mary 2 era el barco de pasajeros más largo, ancho y alto jamás construido. El sistema de generación de a bordo se basa en un sistema combinado diésel-eléctrico y gas (CODLAG) que genera 126 MW, de los que 86 se destinan a poner el barco a una velocidad de unos 30 nudos (55 km/h). Los 40 MW restantes se pueden utilizar para alimentar el aire acondicionado, la iluminación, los dispositivos electrónicos, las cocinas, el sistema de tratamiento de aguas residuales y todos los demás sistemas del barco.Parte de esta energía también se necesita cuando el crucero está en puerto. En efecto, en el puerto el barco necesita unos 10 MW1 para sus sistemas eléctricos. Por tanto, para una estancia de 12 horas debe producir unos 120 MWh. Un kilo de diésel puede generar 3,5 kWh, así que una conexión de tierra a buque ahorraría 35 toneladas de diésel en solo medio día de estancia en puerto. Ya existen algunas instalaciones de suministro de tierra a buque en puertos como el de Los Ángeles, el de mayor actividad de los EE. UU., que ha sido pionero en este campo. En 2004, el puerto puso en servicio su terminal de contenedores de la dársena oeste en el amarradero 100, la primera terminal de contenedores del mundo equipada con suministro eléctrico de tierra a buque. Desde entonces, el puerto ha ido equipando todas sus dársenas con tomas de puerto de alta tensión, de modo que tanto los barcos de crucero como los portacontenedores pueden apagar motores y detener sus emisiones de NOx y SOx.

1 Valor estimado. El consumo real depende de múltiples factores.

Joel Devautour M Á S

Los propietarios de barcos y los puertos están muy interesados en las energías renovables.

Una conexión de tierra a buque ahorraría

35toneladasde diésel en solo medio día de estancia en puerto.

© Puerto de Antwerp



Los sistemas eléctricos de todo el mundo tendrán que expandirse y adaptarse para hacer frente al incremento previsto de gene-ración de electricidad neta. Las interconexio-nes de la red se intensificarán y las tensiones de las líneas de transmisión

aumentarán, lo cual podría crear nuevos problemas. A medida que se añada capa-cidad generadora a la red, las corrientes de falta potencialmente elevadas pueden llegar a superar los valores nominales de los interruptores. Estas corrientes de falta más

altas también pueden tener efectos negativos en la sincronización de los generadores, acor-tar la vida útil de las máquinas eléctricas o, incluso, provocar otras faltas en los equipos. Los interruptores en sectores con riesgo de falta elevado se pueden sustituir por dispo-sitivos con valores nominales más altos, pero tal cambio resulta poco práctico por varios motivos. Aparte del elevado costo, la confiabilidad del sistema podría verse inaceptablemente amenazada durante los largos periodos de trabajos necesarios para desmantelar los equipos viejos e instalar los nuevos. Además, es posible que esos nuevos dispositivos se tengan que cambiar también en un momento posterior. Una solución podría ser instalar un dispositivo limitador de la corriente de falta que ofrezca baja impedancia a la corriente de carga y alta impedancia a la corriente de falta. Dicho dis-positivo tendría que operar con más rapidez y ser capaz de mantener magnitudes de corriente de falta más bajas que los valores nominales de la aparamenta. En muchos casos, el limitador de corriente tendría además que recuperarse con rapidez de los transitorios en condiciones normales y de falta.

Limitador de corriente de falta con inductancia blindada.

Es posible que la aparamenta actual no sea suficiente para hacer frente al

incremento de la capacidad de generación necesario para satisfacer la demanda futura. Sin embargo,

cambiar el equipamiento instalado suele resultar costoso y poco factible. Los limitadores de corriente de falta (FCL) podrían evitar

costos elevados y el sobredimensionamiento de los equipos.

FCL No sólo limitan las corrientes de falta,

también los costos


Las múltiples ventajas de los dispositivos FCLPara el Dr. Jean-Louis Rasolonjanahary, investigador jefe en Alstom Grid, los dis-positivos FCL presentan significativas ventajas potenciales: «Entre otras, aunque hay más, ofrecen ventajas en cuanto a transferencia de energía y estabilidad de tensión, y evitan el sobredimensionamiento del equipamiento de transmisión eléctrica».Los limitadores de corriente de falta de tipo superconductor (SFCL) ofrecerían como ven-taja adicional su capacidad de autorregulación en caso de falta. Además estos dispositivos son a prueba de fallos, puesto que una pérdida de superconductividad introduciría automá-ticamente una alta impedancia en el sistema.Los diseños de SFCL que más interés despiertan actualmente son los de tipo resistivo, inductivo saturado e inductivo blindado. Para el Dr. Raso-lonjanahary y sus colegas, el SFCL inductivo blindado es el más prometedor de los tres en cuanto a operación a alta tensión, baja absorción de calor del criostato en condiciones normales y de falta, y tiempo de recuperación rápido tras una acción de limitación de la corriente. El SFCL inductivo blindado es básicamente un transformador con un arrollamiento pri-mario acoplado a un anillo superconductor de alta temperatura (arrollamiento secun-dario) alojado en un criostato e insertado en serie en el circuito que debe proteger. En el funcionamiento en estado estable normal, el efecto de blindaje del anillo superconduc-tor impide que el fl ujo magnético producido por el arrollamiento primario llegue al núcleo de hierro, lo que da como resultado un dis-positivo de baja impedancia. En una situa-

ción de corriente de falta, el gran aumento de la corriente inducida provocado por la corriente del arrollamiento primario excede la corriente crítica del superconductor. El efecto de blindaje se interrumpe a medida que el fl ujo entra en el núcleo de hierro, lo que provoca la inserción de una alta impe-dancia en la línea a proteger.

Ensayos y más ensayosPara estudiar los posibles efectos de la integra-ción de un limitador de corriente de falta se creó un sistema de ensayo como un modelo en Simulink. Los resultados sugieren que el FCL limita la corriente de falta a un nivel manejable dentro de la sensibilidad de la protección. Los limitadores de corriente de falta se están pro-bando ahora a niveles de tensión de distribución y pronto comenzará el despliegue a niveles de transmisión. No obstante, como señala el Dr. Rasolonjanahary: «Esta tecnología planteará un nuevo desafío a todos los tipos de protección, porque la mayoría de las tecnologías de relés se basan en corrientes de falta elevadas para señalar que se ha producido una falta. Limitar la corriente de falta a un valor mucho más bajo en menos de un ciclo requiere un enfoque total-mente distinto». Reducir la corriente de falta a un nivel similar al de carga tendrá efectos muy positivos en la vida útil de los principales activos del sistema, pero detectar y aislar faltas será más complicado. Aún así, el Dr. Rasolonjanahary es optimista: «Cierto equilibrio al elegir el nivel de limitación de la corriente de falta podría ayudarnos a alcanzar todos nuestros objetivos. En este sentido, un SFCL diseñado para cumplir los criterios de protección, detección y aisla-miento de faltas sería un gran avance».

Joel Devautour M Á S

PrOGraMas dE PrOTECCiÓn FCL

Carga

interruptor

Arollamiento primario

CriostatoArrollamiento secundario superconductor

Alimentación

FCL EN CIRCUITO

Idealmente, los limitadores de corriente de falta (FCL) deberían tener un impacto mínimo en la protección, dado que lo que se persigue con ellos es limitar la corriente, en general, al nivel al que estaba antes de hacer ningún acoplamiento de barras o mallado del sistema. «Este objetivo no siempre se puede alcanzar, debido al tamaño del limitador de corriente de falta necesario y a sus características», explica Harmeet Kang, director del programa de Soluciones de Red y Redes Inteligentes. «Normalmente, la introducción de FCLs puede infl uir en la protección de sobreintensidad, la coordinación de relés con punta de carga en frío, la protección direccional-impedancia y la coordinación de la protección de respaldo en las barras de generador».«En la protección de sobreintensidad con tiempo defi nido (DT) o tiempo mínimo defi nido inverso (IDMT), el efecto global depende del punto en el que se introduzca el FCL y de la contribución relativa de las diversas fuentes a la falta. El impacto de los FCLs en los relés de impedancia puede ser más acusado, puesto que las características del FCL pueden infl uir considerablemente en la direccionalidad y en el alcance de la protección. Los FCLs también pueden tener un impacto positivo en la protección porque la impedancia adicional puede tener un efecto amortiguador sobre las posibles oscilaciones provocadas por la falta y, en consecuencia, puede permitir una protección de respaldo de umbral elevado más segura».

Septiembre de 2011: hemos perdido a un colega de un gran talento y valor inspirador.

Dr. Harmeet Kang



Simulación y sistemas multifísicos

Cuando se diseñan equipos para redes eléctricas hay que resolver

problemas que incluyen fenómenos interrelacionados. El software de simulación ahorra tiempo y dinero, pues permite a los ingenieros someter los nuevos

diseños a experimentos virtuales.

Se dice que Einstein comentó una vez que esperaba que alguien le explicara la teoría cuántica antes de su muerte, y que luego Dios podría explicarle la turbulencia. Como muchos científicos, reconocía que el cálculo de los flujos de fluidos es uno de los problemas matemáticos más complicados. Fácil es entonces imaginar la complejidad de un pro-blema que combina la dinámica de fluidos computacional con otros fenómenos físicos complejos. Pues bien, ese es el campo de la simulación multifísica. El término abarca varios significados: “multicampo” indica la excitación simultánea de un sistema por la acción de múltiples campos físicos y la res-puesta del sistema a estos; “multidominio” se refiere a la interacción entre sistemas con propiedades radicalmente distintas, como un fluido y una estructura, a través de fron-teras compartibles; un sistema “multiescala”

Comprender los sistemas multifísicos implica resolver sistemas combinados de ecuaciones diferenciales parciales.


implica diferentes escalas de longitud, por ejemplo, un proceso de fabricación que incluya nanoescalas y microescalas. La com-binación de campo, dominio y escala ofrece posibilidades adicionales.En otras palabras, los sistemas multifísicos son sistemas acoplados. De hecho, los fenó-menos físicos suelen estar relacionados, como ocurre, por ejemplo, con las líneas eléctricas que al transmitir corriente generan un calor que a su vez afecta a propiedades del cable como la resistencia y la longitud. Los prime-ros fenómenos de campo acoplado en elec-tricidad remontan a 1821, fecha en la que Seebeck hizo sus experimentos de termoelec-tricidad. Unas décadas después, Maxwell presentó una formulación multicampo total-mente desarrollada a partir de un sistema de campos acoplados, basada en la premisa de que el espacio entre conductores y aislan-

tes estaba ocupado por un continuo deno-minado “éter”. (Un conocido programa multifísica para simulación de campos elec-tromagnéticos lleva el nombre de Maxwell.)

Avances gracias a las TIComprender los sistemas multifísicos implica resolver sistemas combinados de ecuaciones diferenciales parciales (EDP). La belleza de las EDP reside en que pueden describir un amplísimo abanico de fenómenos físicos, entre ellos los campos electromagnéticos y la dinámica de fluidos. Aunque la compren-sión matemática de los sistemas avanzó a lo largo del siglo XX, las aplicaciones prácti-cas estaban limitadas debido a que la solución simultánea de las ecuaciones requiere una elevadísima potencia de cálculo, ya que incluye la integración espacio-temporal de los sistemas acoplados de EDP. Una combi-

nación de comprensión teórica y avance tecnológico ha cambiado esto. El desarrollo de potentes equipos informáticos ha permi-tido a los ingenieros utilizar el análisis por elementos finitos para resolver problemas del mundo real. (Vemos ejemplos de ello en la vida diaria, por ejemplo en inge-

Los sistemas de simulación multifísica nos permiten hacer experimentos de tipo “qué pasa si”.

Gráficos computarizados de la distribución de la compresión en la superficie de un aeroplano.

Comprender los sistemas multifísicos implica resolver sistemas combinados de ecuaciones diferenciales parciales.



niería automotriz o aeronáutica, cuando se utiliza una malla de puntos de cuadrícula para representar el caudal de aire alrededor de un coche o de un avión). Tam-bién ha resultado que, como el análisis de elementos finitos utiliza EDP, se podría emplear para trasladar un amplio rango de fenómenos físicos a formato digital para manipularlos con herramientas informáticas.

Acceso al mundo de las aplicaciones prácticasTodo ello hizo que los enfoques multifísicos pudieran pasar de la teoría a las aplicaciones prácticas en diseño de productos, y que se aplicaran al desarrollo de productos comple-jos que deben cumplir misiones críticas en entornos complejos. Para el Dr. Donghui Xu, director senior de I+D en el centro tecnológico de Alstom Grid en China, el principal atractivo de la simulación multifísica es el acortamiento de los plazos de comercialización. «Los siste-mas de simulación multifísica nos permiten hacer experimentos de tipo “qué pasa si” y desarrollar y probar prototipos virtuales que

resultaría costoso y llevaría mucho tiempo construir. Una de sus principales ventajas es que podemos probar la reacción de un compo-nente o sistema a varias fuerzas que actúan simultáneamente. No tenemos que hacer una prueba de cada aspecto y luego intentar combi-nar los resultados y añadir un margen de error antes de diseñar el producto final. Eso no solo nos ahorra tiempo y esfuerzo, sino que también evitamos sobredimensionar los componentes». Alstom Grid utiliza la simulación para varias cosas: comprender los campos eléctricos o la distribución de temperaturas dentro de un transformador, por ejemplo, o calcular la presión de falla por arco interno en la apa-ramenta. Estas técnicas también se pueden emplear para simular condiciones extremas, como los efectos de la actividad sísmica. Los sistemas de simulación tienen su ori-gen en códigos desarrollados con fi nes de

Los métodos multifísicos simulan las condiciones de servicio actuales.

investigación, pero aunque esos códigos pueden incorporar los últimos algoritmos

y metodologías y ser muy potentes para un problema específi co, tienden a no ser ade-cuados para las nece-sidades prácticas de diseño y prueba de productos cotidianos. Por este motivo, se

han desarrollado varios paquetes de apli-caciones comerciales, que pueden no estar optimizados para casos específi cos, pero que son sufi cientemente fl exibles y poten-tes para responder a una amplia variedad de demandas y son mucho más fáciles de manejar. Para el Dr. Xu, el simulador del futuro no supondrá una ruptura radical con el del pre-sente, pero gracias a la mejora en la poten-cia de cálculo y a la mayor compatibilidad del software, «será mucho más potente que los que utilizamos hoy, y combinará las ven-tajas de distintos enfoques».

La mayoría de las pérdidas de potencia de los transformadores se deben a efectos magnéticos en el núcleo y a corrientes en los arrollamientos. También se producen pérdidas en los componentes estructurales a causa de las corrientes de Foucault, que pueden dar lugar a sobrecalentamiento local. Estas pérdidas son muy difíciles de eliminar, en parte por los numerosos factores que interactúan simultáneamente. Los diseñadores de transformadores se enfrentan a un problema que tiene que ver con la dinámica de fl uidos (por el aceite de refrigeración) y con las fuerzas térmicas y electromagnéticas. Tienen que comprender y predecir las consecuencias físicas que se derivan de la interacción de estos factores. Tradicionalmente, los ingenieros estudiaban el comportamiento mecánico, electromagnético

y térmico por separado, pero en realidad los equipos están sujetos a todos ellos al mismo tiempo. Los métodos multifísicos simulan las condiciones de servicio actuales. Por ejemplo, los resultados de la aplicación de cálculos por el método de los elementos fi nitos (FEM) a los campos electromagnéticos se pueden utilizar como datos en el cálculo térmico, mientras que el FEM térmico a su vez se puede acoplar al cálculo de la dinámica de fl uidos computacional (CFD) para analizar la circulación del medio refrigerante y ver cómo afecta al comportamiento térmico. Al proporcionarnos una representación realista de la manera en que interactúan múltiples factores, la simulación multifísica nos ayuda a diseñar y desarrollar productos mucho más efi cientes, con mucha más efi cacia.

M Á S

siMULaCiÓn MULTiFÍsiCa En aCCiÓnDr. Donghui Xu

Campo eléctrico de un aislante giS optimizado.

Campo de temperatura calculado en el interior de una cámara de extinción de arco.

Campo de temperatura calculado a lo largo de un aislante cónico.

EdiTOriaL CAPÍTULO III ENERGÍA PARA TODOS, AHORA Y EN EL FUTURO

La innovadora solución para interruptor de by-pass de una cámara para aplicaciones HVDC reducirá al mínimo las pérdidas de potencia imprevistas y reforzará la confi abilidad de todo el sistema de transmisión. Trabajar en el proyecto del parque eólico marino Alpha Ventus del Mar del Norte ha permitido a Alstom Grid hacer grandes avances en la protección y la operación de los transformadores de potencia en condiciones medioambientales adversas. Mode Power Path es un novedoso método de detección temprana de las principales fuentes de oscilaciones en la red y, por tanto, permite responder a ellas con rapidez.

Productos y servicios inteligentes




Un adelanto tecnológico premiado El interruptor de by-pass para

aplicaciones HVDCEl centro de tecnologías ARC de Alstom

en Villeurbanne, Francia, en colaboración con la fábrica de interruptores de alta tensión (HV) del mismo lugar, ha desarrollado un interruptor de by-pass especialmente diseñado

para estaciones convertidoras HVDC. Este innovador diseño, que incluye una cámara de corte en la que un contacto móvil y una boquilla de descarga

de arco actúan de manera independiente, ofrece ventajas técnicas reales.

rECOnOCiMiEntO

La fábrica de Villeurbanne consiguió el premio a la innovación 2010 de Alstom en la categoría de productos y sistemas por esta invención. «Este premio recompensa un excelente trabajo de equipo en el que todos —expertos, ingenieros y técnicos— han colaborado: ingeniería y diseño, control de calidad, el grupo de investigación de materiales y los expertos en interruptores de ArC, sin los que no lo hubiéramos logrado», dijo Arnaud hubert, director del proyecto, al recibir el galardón en la ceremonia de entrega de premios en París.


ENSAMBLAJE DEL INTERRUPTOR DE BY-PASS PARA HVDC

Las ventajas económicas y la mayor contro-labilidad que ofrece la transmisión masiva de electricidad a grandes distancias en corriente continua de alta tensión (HVDC) la ha con-vertido en una alternativa interesante a la transmisión en CA o un buen complemento para ella, sobre todo para el transporte a más de 50 km (cables de alta tensión) o 700 km (líneas aéreas). La transformación de la corriente alterna en corriente continua (y viceversa) requiere estaciones convertido-ras basadas en grandes sistemas de electró-nica de potencia conectados en serie. «Aunque son muy confiables, estos convertidores HVDC que se utilizan para la trasmisión a grandes distancias deben dividirse en componentes más pequeños conectados en serie, cada uno equipado con un interruptor de by-pass en

paralelo», explica el Dr. Wolfgang Grieshaber, ingeniero investigador en ARC. «De esta manera, si hay que hacer el manteni-miento de una parte o si se produce una falla en una parte de los convertidores, se puede cortocircuitar esa parte y dejar que el sistema siga funcio-nando normalmente o aislar la zona en falla hasta que se repare en el siguiente periodo de mantenimiento. De este modo, la confia-bilidad general del sistema HVDC mejora».

Diseño desde ceroAunque los interruptores de by-pass para CA ya existían, Alstom Grid tenía que llenar

un vacío en su línea de productos para res-ponder satisfactoriamente a las aplicaciones

y limitaciones especí-ficas de la HVDC. Por este motivo, ARC adoptó un enfoque radical y diseñó el nuevo producto desde cero. De hecho, para

cumplir con los requisitos específicos que imponía el uso de corriente continua, ARC concibió un innovador diseño de interruptor que llevó a importantes avances. El nuevo diseño del interruptor de by-pass incluye una cámara de corte en la que un contacto móvil y una boquilla de descarga de arco se accionan de manera independiente.«Una de las cuestiones consistía en

La confiabilidad general del sistema HVDC mejora.



El interruptor de by-pass para hVdC en pruebas.

modificar la cámara de corte, porque los diseños existentes no cumplían los requi-sitos técnicos de operación segura en HVDC», dice Grieshaber. «Además teníamos el objetivo de ofrecer una solución verdaderamente nove-dosa que tomara el liderazgo de la innovación en este campo». El resultado es un interruptor de by-pass para HVDC que ha reportado a Alstom Grid una ventaja significativa.

Dos funciones específicas en ultra alta tensiónContrariamente a un interruptor, que tiene que abrirse muy rápidamente y puede cerrarse más despacio, el interruptor de by-pass tiene que cerrarse rápidamente. Además, como tiene que soportar tensiones CC muy altas de 400 y 800 kV entre los electrodos y la tierra respectiva-mente, necesita una solución especial para la cámara de corte en la que los electrodos se abren y se cierran para interrumpir la corriente. El resultado es un producto “híbrido” entre interruptor y seccionador que responde a ambas necesidades. Combina muchas de las funciones esenciales de ambos productos: confinamiento del arco durante la maniobra de corte (aunque el interruptor reciba una orden de disparo indebida) y espacio de interrupción que no contiene aislante sólido cuando es preciso resistir los grandes esfuerzos motivados por la elevada tensión CC, sino solamente aislantes gaseosos, como SF6. En los inte-rruptores, el contacto móvil y la boquilla aislante sólida que garantiza el confinamiento del arco suelen moverse de forma sincronizada. «Un punto crítico de nuestro producto es que hace que la boquilla se retire del espacio de interrupción (es decir, a un “refugio” seguro en el que está protegida de la tensión CC), con total independencia respecto a los contactos eléctri-cos, utilizando un mecanismo neumático espe-cialmente diseñado. Alstom Grid ha patentado esta solución, que «combina lo mejor de ambos mundos y nos permite realizar la función de un interruptor de by-pass en una sola cámara».


Anillos de 100 mm x 900 mm en las bridas de arriba y abajo.

PrUEBas diELÉCTriCas Y dE LarGa dUraCiÓn: Un ÉXiTO TOTaL hasTa 920 kv

En el laboratorio de alta tensión de Kassel se hicieron pruebas dieléctricas para probar el aislamiento de los interruptores de by-pass para HVDC. «Con el fi n de simular las condiciones de servicio en la posición abierta del interruptor, expusimos el nuevo equipo a pruebas de larga duración con una tensión en CC de 444 kV durante 14 días, 24 horas al día, en cada polaridad —positiva y negativa— de la tensión», explica Hans-Reinhard Zemke, director del laboratorio. Las corrientes de fuga a través del material aislante provocadas por la tensión CC se midieron con amperímetros de alta precisión. La prueba fue un éxito total, dado que no se produjo ninguna ruptura dieléctrica en el aislante y las corrientes de fuga no excedieron los valores críticos. «La duración de 14 días superaba largamente los requisitos habituales de las pruebas dieléctricas estándar, que suelen ser de una hora y están siempre controladas por un operador». Después de las pruebas de interrupción se hizo una prueba de verifi cación de resistencia a la tensión de impulso hasta 920 kV, con el fi n de demostrar que las propiedades aislantes de la unidad de interrupción abierta se mantenían en el mismo estado que antes de pasar las pruebas. Se aplicaron series de 15 impulsos de hasta 920 kV (en cada polaridad, positiva y negativa), sin que se produjera ninguna ruptura en el aislante.

Hans-Reinhard Zemke

M Á S

La boquilla se retira del espacio de interrupción a un “refugio seguro”. El hecho de que el espacio de interrupción solamente esté ocupado por un aislante cuando es necesario es una gran ventaja sobre los interruptores convencionales, ya que suprime los esfuerzos que debe soportar la boquilla y permite un funcionamiento más seguro y fi able bajo tensión HVDC. Otra ven-taja es que el interruptor «solamente utiliza una cámara vertical, en lugar de dos en la disposición horizontal en T convencional». Así

se reduce el riesgo de que se formen cons-tantemente depósitos de contamina-

c ión, lo cual aumenta la confiabilidad del interruptor y

minimiza el mantenimiento.

Pruebas de larga duraciónPruebas dieléctricas y de alta tensión de larga duración se han llevado a cabo con prototipos en el laboratorio de Als-tom Grid en Kassel, Alemania. Los resulta-dos han demostrado la capacidad del interrup-

tor de by-pass para HVDC de resistir altas

tensiones en un amplio rango de condiciones de ope-

ración (véase el recuadro al margen). «En defi nitiva, hemos

ampliado nuestra gama de solucio-nes para transmisión HVDC con un

dispositivo que reducirá al mínimo las pér-didas de potencia imprevistas y hará que todo el sistema de transmisión sea más confi able para los clientes», concluye Grieshaber.



Según el consejo mundial de la energía eólica, este tipo de energía ha pasado de una capa-cidad instalada acumulada mundial de 6.100 MW en 1996 a 194.390 MW en 2010. Ese año también supuso un aumento récord en el desarrollo de parques eólicos marinos en Europa, que ya cuenta con una capacidad instalada que supera los 3.000 MW. Este crecimiento viene impulsado por la mayor velocidad del viento en el mar y por el hecho de que la potencia disponible es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento (por ejemplo, una velocidad media del viento de 26 km/h puede producir un 50% más de

Cuando se inició el proyecto del parque

eólico alemán de Alpha Ventus

en 2007, apenas existía un conocimiento previo sobre el

qué trabajar. Dos años de experiencia y de innovación en

el diseño de transformadores de potencia para aplicaciones

offshore han allanado el camino en este sector en

rápida expansión.

electricidad que una de 22 km/h)1. Un factor añadido es el cada vez más limitado espacio disponible para construir instalaciones en tierra firme, que muchas veces se encuentran cerca de centros de población, generan ruido y pueden resultar poco agradables a la vista para algunos. La prisa por instalar parques eólicos marinos ha forzado al sector a una curva de aprendizaje muy pronunciada. Dado que los primeros proyectos de parques eóli-cos datan de mediados de los años 2000, cada nuevo proyecto e instalación es una oportunidad de obtener conocimientos. Uno de estos proyectos fue el parque eólico Alpha

Protección eficaz de varios componentes contra los elementos en mar abierto.

El proyecto eólico alemán del Mar del norte marca el comienzo de una nueva era


Ventus en el Mar del Norte alemán, que, como dice Tobias Stirl: «marcó el comienzo de una era totalmente nueva en la protección y operación de equipos de alta tensión en condiciones difíciles».Stirl es el director de diseño mecánico de Transformadores de Potencia de Alstom Grid en Alemania, que diseñó y construyó el trans-formador de potencia para Alpha Ventus. El proyecto se inició en 2007 y la instalación se puso en servicio en agosto de 2009, cuando las turbinas eólicas empezaron a suministrar electricidad a la red eléctrica alemana. El equipo del proyecto tuvo que navegar —casi literalmente— por aguas inexploradas. «En todo el mundo, los conocimientos técnicos en este campo eran limitados», dice Stirl. «Por suerte pudimos aprovechar la experiencia del proyecto eólico marino de Barrow, en el Mar de Irlanda, que fue el primer parque eólico en necesitar una subestación offshore. Alstom Grid diseñó y construyó la plataforma del

transformador de 90 MW de Barrow. Para cuando se puso en servicio en 2006, había proporcionado una experiencia inestimable sobre sistemas de pintura, selección de mate-riales y diseño mecánico que resultó muy útil para el proyecto de Alpha Ventus. Del mismo modo, Alpha Ventus ha allanado el camino hacia una nueva plataforma para subestación de c.a. autoflotante y autoinstalable.

Protección contra la corrosiónEl mayor reto al que tuvo que enfrentarse el equipo del proyecto de Alpha Ventus fue la doble cuestión de la corrosión y el envejeci-miento, dado que la plataforma del transfor-mador de potencia está abierta y expuesta a los elementos. «En un primer momento nos inclinábamos por los contenedores abiertos», dice Stirl. «Pero para prevenir la corrosión provocada por el agua del mar y garantizar un mantenimiento reducido, tuvimos que replanteárnoslo». El resultado fue el trans-

formador herméticamente sellado, un diseño patentado por Alstom Grid. Además de aceite, el transformador utiliza celulosa como aislante, que envejece con mucha más rapidez cuando está expuesta al aire y a la humedad. ¿El resultado? Mucho más mantenimiento y costos significativa-mente más elevados en las instalaciones offshore. Una manera de sellar el sistema aislante era utilizar una bolsa de caucho montada en el conservador de aceite a modo de separador estanco. Sin embargo,

transformador hermético de 115/31 kV y 75 MVA con

cambiador de tomas en vacío.

Cada nuevo proyecto es una oportunidad de obtener nuevos conocimientos.



La catafóresis o recubrimiento por inmersión catódica (cathodic dip coating, CDC) ha sido una de las pocas consecuencias positivas de la crisis económica de 2008-2009. Alstom Grid se interesó por una protección anticorrosión denominada catafóresis, que es utilizada por los fabricantes de automóviles: una película protectora uniforme y lisa que además es resistente a golpes y arañazos. Alstom se dirigió al sector, que estaba abierto a nuevas vías de crecimiento en un momento de apatía comercial. Alstom Grid

decidió realizar pruebas en un segmento del radiador. Lo recubrió por catafóresis y luego le aplicó un tratamiento de imprimación y capas de pintura de acabado. Lo probó durante 25 semanas, sometiendo las piezas a tres días de exposición a rayos UV y condensación, tres días de rociado con agua de mar y un día de temperaturas de 20°C bajo cero. Como comenta Tobias Stirl: «Las piezas tratadas por catafóresis pasaron las pruebas sin signos de corrosión, ni siquiera en las partes más intensamente arañadas. Tampoco afectaron

de forma perceptible al recubrimiento CDC varios miles de ciclos de presión». Ahora se podrían tratar otras piezas, como cajas de cableado y tuberías. Las pruebas posteriores de la protección CDC en una cuba de transformador completa de 120 MVA también fueron concluyentes. Sin duda alguna, esta tecnología tiene un gran potencial en la protección anticorrosión a largo plazo de piezas vulnerables, como cubiertas y bridas, así como en la de la carcasa exterior completa de la cuba del transformador.

M Á SLa CaTaFÓrEsis dErrOTa a La COrrOsiÓnTobias Stirl

había que protegerla con un respi-radero para evitar que penetrara humedad y fuera necesario hacerle un mantenimiento e incluso cambiarla. Una alternativa mucho más eficaz era suprimir el conservador y utilizar radiado-res de un diseño especial para controlar la expansión y la contracción del aceite. Lo cual signifi caba que tampoco hacían falta la bolsa de caucho y los respiraderos, algo que también remitía a una lección apren-dida en Barrow: cuantas menos piezas auxiliares, menos mantenimiento. «Redujimos aún más la necesidad de man-tenimiento con una nueva e innovadora solución», explica Stirl. Esta consistió en la introducción de cambiadores de tomas en carga equipados con cámaras de corte en vacío. La extinción del arco se produce dentro de las cáma-ras, no en el aceite del cambiador de tomas . Como e l aceite del cambiador no se descompone ni se contamina, los intervalos entre servicios se han más que duplicado y ahora superan los 15 años. El equipo del proyecto Alpha Ventus cerró todas las vías de entrada a la corrosión, que puede devorar entre 80 y 200 µm de acero despro-tegido en el mar sólo el primer año, frente a los 25 - 50 µm que se come en tierra. «Redon-

deamos bordes, suavizamos soldaduras e introdujimos soluciones a prueba de corrosión, como las uniones y soldaduras en acero de calidad superior», dice Stirl. El equipo también fue cuidadoso en la elección de las combina-ciones de materiales, puesto que algunas pueden producir corrientes electromecánicas que contribuyen a la corrosión. Pero quizá sea aún más destacable el uso de un recubrimiento especial de protección anticorrosión en radia-dores y tanques, realizado con un proceso que se denomina inmersión catódica o catafóresis (véase el recuadro al margen). «Los resultados han sido excelentes», dice Stirl.

Buenas vibracionesOtro aspecto en el que el equipo de Alpha Ventus estaba bastante a oscuras eran las vibraciones, o esfuerzos mecánicos. Comenta

Stirl: «No teníamos ni idea. Utilizamos el cálculo por elementos finitos para poder diseñar una instala-ción que resistiera el esfuerzo que supo-

níamos que tendría que soportar durante el transporte por carretera, ferrocarril y mar, el derivado del oleaje y el del golpe de un barco contra ella». El equipo diseñó todo el trans-formador de modo que resistiera unas con-diciones de esfuerzo básicamente compara-bles a las de un terremoto.

La experiencia adquirida a través de Barrow y Alpha Ventus ha permitido a Alstom Grid desa-rrollar una plataforma autofl otante y autoins-talable que se remolca hasta el emplazamiento defi nitivo y se eleva automáticamente hasta la posición de operación. Este diseño reduce el tiempo de instalación en el mar de tres sema-nas a dos días. Es más, tanto la instalación como el desmantelamiento son respetuosos con el medio ambiente y no perturban ni dañan la vida marina. Acabamos de fi nalizar ahora la fase de desarrollo de la plataforma Baltic 2. La curva de aprendizaje se está aplanando.

1 Fuente: OCS Alternative Energy and Alternate Use Programmatic EIS Information Center.

Los resultados de la inmersión catódica han sido excelentes.

Alpha Ventus, que allana el camino de las futuras plataformas para subestación.


La tarea de mantener la seguridad de la red eléctrica es una de las mayores preocupa-ciones de los operadores de redes de trans-misión. En los mercados desregulados y altamente competitivos de electricidad, las empresas de transmisión también tienen que garantizar la confiabilidad del sistema y unos niveles elevados de calidad de la transmisión. El aumento de las cargas de la red, la mayor interconexión de redes y la creciente diver-sidad de fuentes generadoras son factores que se combinan para producir un potencial más alto de inestabilidad del sistema,

“Mode Power Path” es un nuevo método para identificar las principales causas de oscilaciones en la red. Esta herramienta, que forma parte de las soluciones de monitoreo a nivel de área PhasorPoint de Psymetrix, permite a las compañías eléctricas interconectadas coordinar respuestas planificadas y en tiempo real a oscilaciones deficientemente amortiguadas o inestables.

Es importante gestionar el comportamiento dinámico y la estabilidad de las redes de transmisión interconectadas.

Identificación del origen de oscilaciones en redes eléctricas interconectadas



lo cual puede a su vez reducir la transferencia de energía a niveles inferio-res a la capacidad nominal de la línea y limitar las ventajas económicas que ofre-cen las redes eléctricas interconectadas. Abundan los ejemplos en todo el mundo. «En la red centroamericana, por ejem-plo, que es muy larga desde el punto de vista geográfi co y está conectada a una red de transmisión relativamente débil, el comportamiento dinámico y la estabilidad son cuestiones importantes que se deben gestionar con efi cacia para garantizar que los equipos no sufran daños a causa de los esfuerzos a los que los somete la inesta-bilidad. Por otro lado, la interconexión no se debería restringir en exceso, pues ello conduciría a pérdidas innecesarias de bene-fi cio económico y de confi abilidad.

Interconexiones y regiones que contribuyen a las oscilacionesLas causas de las oscilaciones mal amorti-guadas no son siempre evidentes y resolver un problema de amortiguamiento que no aparece en los modelos actuales o las direc-trices predefi nidas puede resultar compli-cado. Una solución es abordar el problema desde un enfoque basado en mediciones que se puede utilizar para identifi car la con-tribución de una región o un generador a las oscilaciones. Alstom Grid ha adoptado un enfoque de este tipo para sus clientes; se basa en el método Mode Power Path (MPP) desarrollado por Psymetrix, que permite analizar las oscilaciones observadas en una red de transmisión. «El enfoque MPP se basa en el principio de que las oscilacio-nes de velocidad del rotor de los generado-res dan lugar a oscilaciones de potencia en la red, y de que las relaciones de magnitud y fase entre la potencia y las oscilaciones de velocidad se pueden utilizar para iden-tifi car las interconexiones y regiones que contribuyen a las oscilaciones», dice Wilson.Con esta herramienta, y sin necesidad de estudios analíticos detallados, los operado-res pueden identifi car la ubicación de las contribuciones a nivel de interconexión para determinar, por ejemplo, que un modo de oscilación es un modo interárea con oscila-

MPP de PhasorPoint puede mejorar signifi cativamente la operación y la confi abilidad de la red.

Sala de hidroturbinas en Colombia.

El centro de control de Landsnet en islandia.


PSYMEtriX, EXPErtOS En APLiCACiOnES PArA rEdES intELigEntES

En febrero de 2011 Alstom grid compró Psymetrix, una compañía experta en aplicaciones para redes inteligentes con sede en el reino Unido, formalizando así una asociación tecnológica estratégica de varios años. Psymetrix conserva su estructura y su marca, y se convierte en el centro de excelencia de Alstom grid para aplicaciones basadas en fasores y sistemas de monitoreo de áreas

extensas (WAMS) para redes inteligentes. Los sistemas de monitoreo

de oscilaciones de Psymetrix se vienen utilizando para la toma de decisiones

operativas desde 1995.

ciones de ángulo de fase opuestas entre dos áreas de la red. La herramienta traza la trayectoria de la energía oscilante a través de la red (el Mode Power Path) y muestra dónde se producen las mayores contribu-ciones. Un cambio en la operación de la red probablemente sea más efi caz donde mayo-res son las contribuciones, de modo que la potencia a través del corredor indicado por el MPP se reduzca. El enfoque MPP también puede indicar qué centrales generadoras han participado en un modo de oscilación específico y contribuido a su energía; el redespacho o el ajuste del regulador en

M Á SidEnTiFiCaCiÓn Y COrrECCiÓn dE FUEnTEs dE OsCiLaCiOnEs

dichas centrales podría mejorar la estabili-dad del modo. En defi nitiva, se han hecho posibles las respuestas selectivas, bien en tiempo real mediante cambios en el despa-cho o bien mediante la planificación de ajustes en el amortiguamiento del regulador (véase el recuadro al margen).

Alerta anticipada, gestión, optimiza-ción, formaciónUtilizando infraestructura de medición faso-rial sincronizada e intercambio de informa-ción, las nuevas herramientas operativas y de análisis como el MPP de Psymetrix pue-

Dr. Douglas Wilson

En 2008, la red eléctrica colombiana experimentó varios casos de grandes oscilaciones de baja frecuencia, uno de los cuales se prolongó durante más de una hora. En algunos casos, estas oscilaciones hicieron que el sistema de protección adicional de baja frecuencia se disparara, provocando la desconexión de la red de hasta 1.100 MW de carga,

lo cual afectó a millones de usuarios y supuso una amenaza de daños para las centrales y de colapso generalizado de la red. Estas oscilaciones presentaron una frecuencia de alrededor de 0,06 Hz que se suele relacionar con las turbinas y la dinámica de los sistemas de regulación de la velocidad. Esta inestabilidad es bastante infrecuente y los modelos dinámicos que se usan para analizar el sistema no representan su comportamiento, lo que difi culta identifi car los principales factores que la provocan. Por este motivo, se implantó un sistema WAMS con cuatro unidades de medición fasorial (PMU) en las principales centrales hidroeléctricas del país y otras dos en puntos estratégicos de la red, que proporcionan una panorámica

de la dinámica de toda la red. Con la ayuda de la herramienta MPP de Psymetrix —Colombia fue el primer lugar en el que se aplicó este método— se vio que la estabilidad de este modo de oscilación estaba fuertemente infl uenciada por la central hidroeléctrica de San Carlos, que operaba en modo de control de potencia y velocidad 1. En paralelo con un proceso de mejora de la modelización, se realizaron varias pruebas para identifi car la sensibilidad de la amplitud y el amortiguamiento del modo a los parámetros de control de la central. El resultado más llamativo de este estudio paramétrico fue que cuando se reducía la constante de tiempo (Ti) del controlador del regulador disminuía drásticamente la estabilidad de la central y de la

red en su conjunto. Por consiguiente, se aplicó un valor mayor de Ti y se observó durante seis semanas el comportamiento dinámico de la red y de la central. La mejora fue signifi cativa, como muestra la fi gura: la nube de puntos (rojo a azul) que se desplaza hacia el origen después de la modifi cación del regulador demuestra claramente que la red se volvió mucho más estable. Con todo, hay que seguir observando el modo de 0,06 Hz para asegurarse de que los cambios que puedan hacerse en el futuro en la red no vuelvan a desestabilizar este modo u otros.

1 El problema no se debía a una falla en San Carlos, sino a que había una interacción dinámica entre la central y la red, a raíz de una serie de nuevas instalaciones en esta última para reforzarla.

den ayudar a manejar la dinámica de una interconexión y mejorar signifi cativamente la operación y la confi abilidad de la red. La herramienta MPP no solo proporciona una alerta anticipada de inestabilidad, sino que además indica dónde es preciso actuar, lo cual constituye una información clave para la gestión operativa del problema. Además de suministrar información en tiempo real para la respuesta operativa, el MPP permite también la reproducción histórica de even-tos, un aspecto útil en la formación de los operadores y en el análisis de mejoras espe-cífi cas del comportamiento dinámico.

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Constante de tiempo de amortiguamiento (s) del modo de oscilación

OSCILACIONES – ANÁLISIS DE FRECUENCIA


OPiniOnEs

tres opiniones sobre la escasez de ingenieros eléctricos y cómo resolverla.

El mercadode ingenieros eléctricos

A menudo se dice que salen pocos ingenieros, sobre todo eléctricos, de las universidades. Según su experiencia, ¿es así?Es la situación real según mi experiencia, sobre todo en el caso de las principales uni-versidades. En los últimos años, las mejores universidades de China han prestado más atención a la educación general. Con ello los

estudiantes adquieren más conocimientos, pero tienen menos base en ingeniería eléc-trica que los graduados de hace 10 o 20 años.

¿Cómo ha evolucionado la situación en los últimos años en lo que se refi ere a la oferta y la demanda de ingenieros eléctricos?El sector chino de la energía eléctrica está atravesando un periodo de grandes cam-bios, impulsados por un crecimiento eco-nómico sin precedentes.Los estudiantes que se especializan en inge-niería eléctrica encuentran trabajo fácilmente, debido a la creciente demanda del sector. Sin embargo, las mejores universidades atraen un número relativamente estable de estu-diantes de ingeniería eléctrica, así que pro-bablemente seguirá habiendo escasez.

¿Qué se está haciendo actualmente para cambiar la situación de la oferta?Debido al menor número de estudiantes que terminan la enseñanza secundaria a causa de la política de planifi cación familiar de un hijo por familia, las universidades no van a atraer a más estudiantes de ingeniería eléctrica, lo que signifi ca que la situación puede empeorar.

¿Cómo cree que evolucionará la demanda de ingenieros en el futuro?Muchos sectores buscan activamente estudian-tes de ingeniería eléctrica, así que muchos de ellos terminan trabajando en sectores que no tienen que ver con la energía, debido al salario, el lugar de trabajo y el entorno laboral. Existe una tendencia hacia la reducción de las diferen-cias salariales entre sectores, por la presión salarial que ejercen las empresas públicas. Eso debería conducir a una competencia por el empleo más justa y mejorar la distribución natural de los estudiantes de ingeniería eléctrica.

“Probablemente seguirá habiendo

escasez de ingenieros eléctricos.”

Prof. Yan Zheng


ELiA, operador de la red belgaProfesor ronnie Belmans, presidente honorario

Alstom grid Mark Steadman, vicepresidente de rr.hh. para Europa Occidental y África

Universidad Jiao tong de Shangai, ChinaProfesor Yan Zheng, director del departamento de ingeniería eléctrica

“La demanda de ingenieros

seguirá aumentando.”

Según su experiencia, ¿salen pocos ingenieros, sobre todo eléctricos, de las universidades?Durante los últimos tres años he sido el res-ponsable de la contratación de ingenieros. En ese tiempo hemos recibido varios cente-nares de solicitudes, así que a primera vista la oferta de graduados parece gozar de buena salud. Sin embargo, si se analiza detenida-mente el asunto, en el caso de los emplea-dores que quieren ser selectivos la cosa cambia. Antes, en el Reino Unido contratá-bamos graduados procedentes de China, la India, Malasia y otros países no pertene-cientes a la UE. Ahora es menos factible, debido a las recientes decisiones políticas. Eso ha reorientado nuestra búsqueda de graduados.

¿Cómo ha evolucionado en los últimos años la oferta y la demanda de ingenieros eléctricos?La brecha entre oferta y demanda se está ampliando. En los tres últimos años, Alstom Grid ha crecido con fuerza, lo que ha aumen-tado nuestra demanda de ingenieros eléctricos especializados y, en el caso de las categorías superiores, sin duda hay escasez de profesio-nales con talento. A escala mundial, la oferta de ingenieros parece estar aumentando, pero en su mayoría son recién graduados y, por tanto, tienen relativamente poca experiencia. ¿Qué se está haciendo actualmente para cambiar la situación de la oferta? Es difícil cambiar la oferta de ingenieros

“con experiencia”, así que nos hemos cen-trado en actividades como el intercambio de información, el desarrollo interno y la formación de nuestros propios ingenieros. Además, a medida que adquieran impor-tancia segmentos del mercado como la HVDC y las renovables, aumentaremos nuestro diálogo con las universidades para alinear nuestros requisitos previstos con sus planes de estudios.

¿Cómo cree que evolucionará la demanda de ingenieros en el futuro y qué cree que le dará impulso? Creemos que la demanda de ingenieros seguirá aumentando, impulsada por el cre-cimiento industrial de países como China y la India, y también por los rápidos avances tecnológicos. No hay duda de que cada vez confiaremos más en las capacidades de nuestros ingenieros. En un entorno en cons-tante cambio, nuestras capacidades deben satisfacer las necesidades actuales y futuras.

“Es un mercado fascinante

para atraer a nuevos ingenieros.”

Según su experiencia, ¿es verdad que salen pocos ingenieros eléctricos de las universidades?Sin duda. De hecho existe una gran caren-cia. Todos los actores clave están luchando por conseguir a los mejores graduados que salen de las facultades. Recientemente, ELIA se convirtió en uno de los socios del proyecto de parque eólico marino Conexión Eólica del Atlántico que se está desarrollando en

Mark Steadman

Prof. ronnie Belmans

los EE. UU., y estamos desesperados por encontrar ingenieros jóvenes que se unan al proyecto. Si hay algo que puede limitar el crecimiento del mercado energético, es la falta de ingenieros.

¿Cómo ha evolucionado la situación en los últimos años?Nos enfrentamos a un problema doble. Por un lado, la mano de obra está envejeciendo y el sector necesita sangre nueva para sus-tituir a los jubilados. Por otro, antes de la liberalización las universidades prácticamente dejaron de enseñar ingeniería eléctrica, por-que la energía tenía menos prestigio que las TIC. Más tarde, con la desagregación, la aparición de las renovables y los parques eólicos marinos, de repente se vio que había muy poca gente en el mercado para cubrir los nuevos puestos de trabajo.

¿Qué se está haciendo actualmente para cambiar la situación? Evidentemente, no lo sufi ciente. La univer-sidad de Leuven ha fusionado sus departa-mentos de termodinámica e ingeniería eléctrica para crear un programa de Máster y atraer a nuevos estudiantes. Sin embargo, Leuven está sola. Las otras universidades aún no se han adaptado a la nueva demanda. La inercia es universal. Es hora de que las facultades superen sus problemas internos y adopten una actitud más proactiva.

¿Cómo cree que evolucionará la demanda de ingenieros en el futuro?Aumentará. El sector está cambiando y volviéndose más interesante: nuevas cen-trales, nuevas redes inteligentes, nuevas aplicaciones, renovables, almacenamiento de energía, vehículos eléctricos… Es un mercado fascinante para atraer a nuevos ingenieros. Pero tenemos que hacerlo jun-tos, el sector y la universidad.

TradiCiÓn En ELECTriCidad


2007: válvula cuádruple h400 suspendida para el proyecto de sustitución del polo 1 de konti-Skan.

1972: una de las salas de válvulas de kingsnorth, con las válvulas de arco de mercurio de 4 ánodos ArAg/4 de English Electric en servicio.


1972: estructura interna de

una válvula de tiristores

h100.

La transmisión de electricidad en corriente continua de alta tensión (HVDC) se lleva utilizando en las redes eléctricas comerciales casi 60 años, a lo largo de los cuales ha ido mejorando y evolucionando. En los últimos años, la HVDC ha registrado un crecimiento considerable. Es, pues, buen momento para mirar atrás y analizar su desarrollo desde los inicios hasta el momento actual.

entonces la novedosísima tecnología del arco de mercurio. English Electric suminis-tró las dos estaciones convertidoras origi-nales con válvulas de arco de mercurio para la línea Cerdeña-Córcega-Italia y luego equipó la red Nelson River Bipole 1 con su avanzada válvula de arco de mercurio ARBJ/6 de 150 kV, la válvula con las carac-terísticas nominales más altas del momento. Por aquella misma época se instaló la vál-vula de arco de mercurio ARAG/4 en el sistema HVDC de Kingsnorth, Inglaterra, que también fue el primero en utilizar el sistema de control por oscilador

El desarrollo de la hvdC

1989: válvulas h300 del grupo de válvulas Vg13 del sistema nelson river.

Los primeros sistemas de generación y transmisión de electricidad utilizaban corriente continua (CC), y la primera red comercial se creó en 1882. Sin embargo, la corriente alterna (CA) se convirtió en la forma dominante de generación y transmi-sión debido a la mayor facilidad de trans-formación a voltajes elevados para la transmisión a grandes distancias. En 1962, una empresa antecesora de Alstom Grid, English Electric (EE), con sede en Stafford, inició ofi cialmente su actividad en transmi-sión HVDC a través de una colaboración inicial con ASEA (ahora ABB) en lo que era

TradiCiÓn En ELECTriCidad


1882Primera red comercial de CC

1905Prueba del sistema hVdC de rené thury

1924desarrollo del transversor de Highfield-Calverley, un rectificador mecánico para aplicaciones hVdC

1950ASEA y Vattenfall construyen el laboratorio de arco de mercurio de trollhätten

1954ASEA instala el primer sistema hVdC comercial, que conecta la isla de gotland con la Suecia continental y utiliza convertidores de arco de mercurio de 100 kV

1957invención del tiristor

1961Colaboración entre English Electric y ASEA 1962English Electric crea el departamento de transmisión CC

1967Enlace CC Cerdeña-italia continental con válvulas rectificadoras de arco de mercurio

1971Primera operación comercial de una válvula de tiristores para transmisión hVdC

1972Sistema de control por oscilador sincronizado en fase, una innovación de Alstom grid

Les Mandarins, la estación convertidora francesa, junto a Calais.

sincronizado en fase desarrollado por English Electric.

Evolución de la tecnología, evolución del mercadoJusto cuando la tecnología del arco de mercurio alcanzaba la madurez, la industria de los semi-conductores irrumpió en el campo de la elec-trónica de potencia. Los tiristores llegaron al mercado en los primeros años de la década de 1970 y durante los siguientes 10 años se emplearon cada vez más en productos para HVDC. English Electric (que por entonces se había convertido en GEC) desarrolló un pro-ducto para HVDC basado en tiristores que utilizaba refrigeración por aire forzado. Entre-tanto, en los EE. UU., GE había desarrollado su propio sistema refrigerado por aire, conocido como la válvula “caja roja”.La francesa Cegelec firmó un acuerdo con GE para utilizar su producto en sistemas HVDC fuera de los EE. UU. Las válvulas de arco de mercurio originalmente instaladas por English Electric en la línea Cerdeña-Córcega-Italia se sustituyeron por las válvulas “caja roja” de Cegelec/GE a principios de la década de 1990 y además se añadió una

tercera terminal, con lo que surgió la primera red HVDC multiterminal del mundo. Con el tiempo, Cegelec absorbió la parte HVDC de GE, que se convirtió en la unidad SVC/FACTS de Alstom Grid en Filadelfia.

El enlace del Canal, un proyecto decisivoUno de los proyectos HVDC más relevantes de Alstom Grid fue la interconexión RU-Francia a través del Canal de la Mancha.

Módulo de válvulas h300.


mente el principal producto suministrado en proyectos HVDC. Por la misma época, ABB vio potencial en los convertidores de fuente de tensión (VSC) basados en transistores IGBT y desarrolló su producto “HVDC Light”. En 2008, Alstom Grid empezó a desarrollar su propio VSC, el “HVDC MaxSine”, y en 2011 ha fi rmado su primer contrato de sumi-nistro de un convertidor de fuente de tensión para la superestación de Tres Amigas en Nuevo México, EE. UU., en la forma de una instalación back-to-back que conectará las redes occidental y oriental del país. Actual-mente existe en todo el mundo un interés sin precedentes por la HVDC. De hecho, muchas de las iniciativas de energías renovables que están surgiendo generarán energía a una escala para la que la HVDC de convertidor conmutado por línea (LCC) basado en tiris-tores, más madura, es la mejor solución para transportar la electricidad a grandes distan-cias hasta los centros de carga, y los sistemas de convertidor de fuente de tensión (VSC), más novedosos, ofrecen una fl exibilidad adi-cional para redes multiterminales más inte-gradas. Así pues, la HVDC está experimentando un auge muy prometedor.

1972Puesta en servicio de la red hVdC de kingsnorth, la primera integrada en un sistema existente de CA

1986Enlace del Canal de la Mancha (que más tarde pasaría a denominarse iFA 2000) con la gama h200 de válvulas de tiristores

1989Estación convertidora back-to-back de Mcneill en Canadá, la primera aplicación comercial de la válvula de tiristores refrigerada por agua h300

2002Presentación de la válvula de tiristores h400

Válvulas de tiristores refrigeradas por agua para la estación

convertidora de Les Mandarins.

EL aUGE dE La ELECTrÓniCadE POTEnCia

Adrian Lancaster se incorporó a English Electric, en Stafford, en 1965. «Llevo en la empresa desde entonces, trabajando en diversos puestos, pero relacionados principalmente con la electrónica de potencia». En 2008 fue nombrado jefe de proyecto para el desarrollo de un nuevo diseño de convertidor de fuente de tensión IGBT para aplicaciones HVDC. Este tipo de convertidor, que utiliza tecnología de fuente de tensión, está sustituyendo con rapidez a los convertidores HVDC de tiristores convencionales con valores nominales de hasta 1.000 MW, porque es mucho más compacto y fl exible. Es particularmente adecuado para la recuperación de energía eólica marina y la interconexión de redes. «A lo largo de mi carrera, los avances en tecnología de semiconductores han introducido muchos cambios. Fui testigo del fi n de la tecnología del arco de mercurio en la década de 1970 y de su sustitución por los tiristores. En los últimos 20 años, los transistores bipolares, GTOs e IGBTs se han sustituido en muchas aplicaciones, lo que ha conducido a diseños de convertidor mucho más sencillos y con características mejoradas. Las perspectivas para el futuro son similares, con la aparición de nuevos materiales semiconductores y, posiblemente, nuevas estructuras de dispositivos. Sin duda supondrán retos interesantes para la nueva generación de ingenieros».

M Á SAdrian Lancaster

2007Sistema de deshielo de Lévis, Canadá, la primera combinación del mundo basada en hVdC de sistema de deshielo y controlador de tensión

2010Proyecto de interconexión gCCiA, el primer sistema hVdC de Medio Oriente, el primero en utilizar distribución dinámica de la potencia de reserva y la estación hVdC sometida a mayor temperatura ambiente

Válvulas de arco de mercurio ArBJ/6 para el proyecto nelson river.

English Electric instaló su primera válvula de tiristores, la válvula refrigerada por aceite H100, en el primer enlace en 1972. Tras las H100 llegaron las H200, refrigeradas por aire, que se instalaron en el extremo del Reino Unido del segundo sistema (esta vez de mucha mayor potencia) de cable sub-marino RU-Francia, con una capacidad nominal de 2.000 MW. Aún hoy sigue siendo el sistema HVDC por cable submarino de mayor capacidad del mundo. GEC desarro-lló a continuación la válvula de tiristores refrigerada por agua H300, que se instaló por primera vez en 1989 en la estación convertidora de McNeill, en Canadá, y más tarde en varios proyectos en Canadá, Corea del Sur, Uruguay y la India a lo largo de la década de 1990.

Un entorno competitivoDurante ese periodo se formó ABB, AEG se integró en GEC Alsthom y Siemens se convirtió en un gran inversionista en tecnología HVDC. En los primeros años 2000, Alstom Grid desarrolló la válvula H400, diseñada principalmente para instalación suspendida. Presentada en 2002, sigue siendo actual-


network Protection and Automation guide: Protective relays, Measurement & ControlEditorial: Alstom Grid

grid Converters for Photovoltaic and Wind Power SystemsAutores: Remus Teodorescu,Marco Liserre, Pedro RodríguezEditorial: Wiley

Fundamentals of Computational Fluid dynamics

Autores: H. Lomax, Thomas H. Pulliam,David W. Zingg

Editorial: Springer

niSt Special Publication 1108NIST Framework and Roadmap

for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0

(en http://www.nist.gov/smartgrid/ upload/FinalSGDoc2010019-

corr010411-2.pdf)

¿Desea profundizar en los temas que hemos abordado en este número de Think Grid? Las publicaciones siguientes pueden ayudarle.

La Institution of Engineering and Technology (IET), con sede en Londres, es una de las sociedades más importantes del mundo para los profesionales de la ingeniería y las tecnologías.

Fundada en marzo de 2006 por la Institution of Electrical Engineers y la Institution of Incorporated Engineers, cuenta con más de 150.000 miembros en todo el mundo.

La sociedad proporciona una red global para facilitar el intercambio de ideas y promover el papel de la ciencia y la ingeniería en cinco sectores clave: entorno edificado, diseño y producción, energía, información y comunicaciones, y transporte.

La IET tiene una ingente colección de documentos digitales e impresos a disposición de sus miembros. Además ha desarrollado un programa de premios y becas dirigido a los ingenieros de grado y posgrado, y organiza cientos de eventos y sesiones de formación sobre el sector cada año.

visiTE…

HTTP://WWW.THEIET.ORG/ABOUT/

LECTUras rECOMEndadas

FECHAS PARA SU AGENDA

18 261

18–22 DE ENERO DE 2012MUMBAI, INDIAElecrama 2012

Elecrama es una de las ferias de T&D de electricidad más grandes del mundo. Ofrece un marco internacional para la exposición, los debates y las deliberaciones entre la comunidad mundial de la T&D, que comprende a empresarios, líderes de opinión y técnicos de las empresas de servicios públicos, la industria y la universidad. Incluye una conferencia sobre redes inteligentes, además de tutoriales, talleres y paneles.

24 236

24–26 DE ENERO DE 2012SAN ANTONIO, EE. UU.DistribuTECH

Este congreso y feria comercial anual se considera el evento sobre transmisión y distribución más importante del sector energético. En 2012 ofrecerá 13 itinerarios de conferencias, con más de 300 ponentes y unos 350 expositores. Entre otros temas, se abordarán las redes inteligentes, la automatización y el control, la eficiencia energética, la integración de las renovables, la operación y la confiabilidad de las redes de T&D, etc.

6–8 DE MARZO DE 2012NUREMBERG, ALEMANIACIPS 2012

El de este año será el 7º congreso internacional del CIPS sobre sistemas de electrónica de potencia integrados. CIPS es un foro técnico y científico patrocinado por el IEEE y dirigido a los ingenieros que trabajan en el desarrollo de componentes y sistemas, ingeniería de confiabilidad e investigación. Este año se centrará en la integración mecatrónica, la integración de la densidad en ultra alta potencia y sistemas híbridos, y la confiabilidad

1–3 DE FEBRERO DE 2012JYVÄSKYLÄN, FINLANDIAFeria internacional de electricidad, telecomunicaciones, iluminación y audiovisual

Esta es la feria del sector eléctrico más grande y tradicional de Finlandia. En ella se presentará una amplia variedad de productos y servicios nuevos de los cuatro segmentos del sector. También ofrecerá conferencias y seminarios.

de sistemas y componentes.

23–24 DE ABRIL DE 2012BIRMINGHAM, REINO UNIDODPSP 2012

Este 11º congreso internacional sobre desarrollos en protección de la red eléctrica está dirigido a académicos, profesionales del sector y líderes empresariales que deseen compartir conocimientos sobre los sistemas de protección y control de las redes eléctricas. Incluirá presentaciones técnicas, talleres y sesiones sobre energía, y ofrecerá la oportunidad de establecer redes de contactos. Este año el tema principal es “Proteger la red inteligente”.

26–29 DE MARZO DE 2012JOHANNESBURGO, SUDÁFRICAPower & Electricity World Africa

La próxima edición del congreso y feria comercial sobre energía y electricidad más grande de África se centrará en las tendencias futuras, la T&D inteligente y la eficiencia energética, así como en la integración de nuevas tecnologías en la red, con especial atención a la capacidad energética de África. La feria se completa con más de 50 seminarios y 7 conferencias (tecnologías limpias, bioenergía, etc.).

Vista nocturna de Johannesburgo, Sudáfrica, desde la Torre Carlton,

en el centro de la ciudad.El mercado de Navidad de Nuremberg, Alemania. Cielo nocturno en San Antonio, Texas, EE. UU.


Alstom GridImmeuble Le Galilée51 esplanade du Général de Gaulle92907 La Défense CedexFrancia

www.alstom.com

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