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60 Revista ABB 4/2002
El centro de conmutación GIS de 20 kV
que Opel Austria Powertrain ha instalado
recientemente en su factoría de las cer-
canías de Viena es el mayor de su tipo
en Austria y uno de los de mayor poten-
cia de la industria automovilística euro-
pea. La nueva instalación sustituye al
centro de conmutación original de BBC,
aislado por aire, que fue instalado hace
muchos años en este emplazamiento del
grupo Fiat-GM Powertrain.
Normalmente, unas instalaciones de
este tipo no pasan desapercibidas, pero
en el caso de Opel tendrá usted que
buscar mucho antes de encontrarlas,
porque están sobre la cubierta.
Se trata de una ubicación atípica, ele-
gida por una razón muy simple: el espa-
cio. La gran superficie de cubierta puede
alojar fácilmente los equipos necesarios
para ampliar la capacidad y la energía se
distribuye por la cubierta a la planta si-
tuada debajo.
Pocos años después de terminada la
instalación original surgió un problema
inesperado: la salida de ventilación de la
fábrica también estaba en la cubierta y
las pequeñas cantidades de aceite pre-
sentes en el aire expulsado se iban acu-
mulando en el centro de conmutación,
donde formaba una fina película sobre
los interruptores y barras, incrementando
así el riesgo de derivaciones de tensión
o arcos voltaicos.
“A veces podías ver realmente arcos
voltaicos en los aislamientos”, recuerda
Roman Szegner, encargado de la planifi-
cación de sistemas eléctricos en la planta
Opel. No es de extrañar que fuera nece-
sario realizar inspecciones frecuente-
mente.
La modernización del centro de
conmutación refleja la expansión
de la planta
Ésta no fue la única razón para sustituir
el sistema de conmutación, ya que el
equipamiento originario podía cubrir sin
problemas los 16 MW de potencia pre-
vistos inicialmente. Pero la planta ya
produce 466.000 motores y 858.000 cajas
de cambio anuales y su demanda, que
ya ha alcanzado los 27 MW, seguirá cre-
ciendo con la inminente introducción de
la nueva línea de fabricación de cajas de
cambios de seis velocidades que se fa-
bricarán en tres turnos a partir de 2004.
(Las 800.000 cajas de cambio que se fa-
bricarán cada año se utilizarán en los au-
tomóviles Fiat y GM.) Ya hoy, la planta
es uno de los mayores clientes de
Wienstrom, compañía eléctrica local que
le suministra 150 GWh.
News
Energía en lo más alto: el nuevo centro de distribución sobre la cubierta de la fábrica Opel
Los 66 cubículos ZX 1.2 de 20 kV, aislados por gas
Rendimiento a través del techo
Revista ABB 4/2002 61
“La cooperación con ABB ha sido ex-
celente durante todos estos años, así que
hemos decidido continuar colaborando
para el nuevo transformador”, nos ex-
plica Roman Szegner. El pedido, de mu-
chos millones de dólares, incluye instala-
ciones de conmutación aisladas por gas
(66 cubículos) y un nuevo sistema de
control.
Lorenz Göttfried, jefe de proyecto de
ABB, describe las instalaciones: “Para eli-
minar la contaminación hemos elegido
un sistema de conmutación aislado por
gas y hemos introducido una ligera so-
brepresión en algunas zonas. El nuevo
sistema de control nos permite gestionar
los equipos desde la sala de control. An-
tes estábamos limitados a la pantalla de
estado del centro de conmutación y al
apagado de emergencia.”
Roman Szegner completa la situación:
“Hasta ahora no disponíamos de muchos
datos del centro de conmutación pero
ahora podemos registrar el consumo de
energía a largo plazo, lo que nos per-
mite adoptar medidas de optimización.
Otra ventaja inmediata es la reducción
del mantenimiento.”
Un cambio planificado
cuidadosamente
La primera de las dos etapas previstas se
completó en agosto, aprovechando así el
período vacacional. El cambio al nuevo
sistema fue una operación compleja, que
debía ser planificada y ejecutada con
gran cuidado. “Por ejemplo”, explica
Göttfried, ”cada fase de los conductores
más pesados necesitaba tres cables,
nueve en total, cada uno de ellos con
300 mm2 de sección y entubado indivi-
dualmente. Esto se realiza situando los
extremos desnudos de los cables en un
tubo de cobre, en que quedan embuti-
dos. A continuación se trenza una malla
de cobre alrededor de la unión y se cu-
bre el conjunto con un manguito termo-
rretráctil. Además es necesario asegurar
la transmisión de los datos de control,
bloqueo y visualización, que a veces se
realiza hacia equipos de control ya anti-
guos.”
Terminaciones de los cables
62 Revista ABB 4/2002
Un tranquilo rincón del sudeste de Inglaterra
está atrayendo las miradas de las compañías
eléctricas. La causa es un nuevo tipo de
planta de almacenamiento de energía que
puede revolucionar la industria. Llamada Re-
genesysTM, se basa en una técnica de célu-
las de combustible regenerables desarrollada
originariamente por National Power, em-
presa británica de servicio público. Innogy
Technology Ventures Limited, una compañía
nueva formada durante la disolución de Na-
tional Power, ha construido la planta de
19 MVA/15 MW junto a la central combinada
de energía de 680 MW que tienen en Little
Barford, en la región de Cambridgeshire.
ABB Industry de Suiza suministró el van-
guardista sistema de conversión de energía,
que cuenta con un avanzado sistema de
control y elementos electrónicos innovado-
res basados en IGCT. Con una capacidad de
almacenamiento de 120 MWh, equivalente al
consumo de 10.000 personas durante 24 ho-
ras, esta planta es la mayor de este tipo en
todo el mundo.
La nueva planta de almacenamiento de
energía de Little Barford tendrá como fun-
ción principal el suministro de energía eléc-
trica para la puesta en marcha indepen-
diente de la vecina planta combinada de
energía y para recortar picos eléctricos en la
red conectada (almacenando energía exce-
dente generada y descargándola durante los
picos de carga) así como proporcionar ener-
gía reactiva.
Las compañías eléctricas de todo el
mundo están demostrando gran interés por
esta planta prototipo. Tras un estudio ex-
haustivo, Tennessee Valley Authority (TVA),
la mayor compañía eléctrica de Estados Uni-
dos, ha decidido instalar una planta práctica-
mente idéntica para reforzar su sistema
energético en una zona de débil distribu-
ción. ABB suministrará el sistema completo
de conversión de energía para este pro-
yecto.
¿Por qué almacenar energía
eléctrica?
La electricidad, el producto básico principal
del siglo XXI, es difícil de almacenar, a dife-
rencia del agua, del acero, de las semillas o
de otros productos; por eso, la construcción
y el funcionamiento de los sistemas de su-
ministro de energía se basan en que la pro-
ducción satisfaga la demanda en todo mo-
mento. El almacenamiento tiene la ventaja
indiscutible de que la producción puede ser
disociada de la demanda.
Los científicos e ingenieros trabajan
desde hace muchos años en el desarrollo de
tecnologías rentables que permitan almace-
nar electricidad a gran escala. Una de esas
tecnologías, la de almacenamiento por bom-
beo, hace uso de depósitos de agua a distin-
tas alturas para proporcionar los máximos
de energía. Cuando hay abundancia de
energía se bombea el agua al depósito supe-
rior, para soltarla cuando sea necesario hacia
las turbinas giratorias que producen electri-
cidad. Esta tecnología se basa en la diferen-
cia de alturas entre los depósitos, lo que li-
mita su campo de aplicación a las zonas
montañosas.
También se han utilizado diferentes tipos
de baterías recargables para almacenar elec-
tricidad en forma de energía química. Cono-
cidos genéricamente como sistemas de al-
macenamiento de energía mediante baterías,
o BESS (battery energy storage systems), se
utilizan en pequeña escala.
También se han desarrollado tecnologías
de almacenamiento basadas en aire compri-
mido, volantes de inercia (FESS), super-
almacenamiento electromagnético supercon-
ductor o con condensadores (SMES), pero
todas ellas tienen inconvenientes – técnicos,
News
B
A
C
D
EPerspectiva de la nueva planta Rege-
nesysTM puesta en servicio en la central
eléctrica de Little Barford.
A Depósitos de almacenamiento
de electrolito
B Módulos Regenesys
C Sistema de conversión de energía
D Sala de control
E Transformador
El almacén de electricidad
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medioambientales, de seguridad o de cos-
tes–, que por ahora dificultan su completo
desarrollo.
RegenesysTM,
un nuevo enfoque
El sistema Regenesys se basa en la tecnolo-
gía de células de combustible (también co-
nocida como tecnología de células de flujo
redox). El sistema convierte la energía eléc-
trica en energía potencial química ‘cargando’
dos soluciones acuosas de electrolitos y des-
cargando la energía almacenada cuando esta
es necesaria. La conversión de la energía
eléctrica en energía química almacenada
puede repetirse eficientemente de forma in-
definida. Como sucede con todos los siste-
mas de células de combustible y de baterías
de corriente continua, se necesitan un con-
versor y un transformador adecuado para
conectar el sistema a una red de corriente
alterna. Esta tecnología respeta el medio am-
biente, pues no produce emisión alguna.
¿Cuáles son las diferencias entre las bate-
rías convencionales de almacenamiento y el
sistema Regenesys? La diferencia clave ra-
dica en que, en las primeras, la potencia de
salida no puede ser disociada de la energía
almacenada en un momento dado, ya que la
energía se almacena mediante cambios quí-
micos en la superficie de los electrodos. Por
tanto, para almacenar grandes cantidades de
energía se necesita una gran cantidad de ba-
terías, aunque la demanda de energía a
corto plazo pueda obtenerse con menor nú-
mero de células. Las ‘baterías de flujo’ fun-
cionan de otra manera: almacenan la ener-
gía por medio de cambios químicos en los
electrolitos líquidos. La energía se carga y
descarga en los denominados módulos de
reactor; los electrolitos se almacenan en de-
pósitos, de modo que la salida de potencia
y la energía realmente almacenada están cla-
ramente diferenciadas. El número de módu-
los de reactor necesarios viene dado por la
cantidad máxima de energía a cargar o des-
cargar, al mismo tiempo que las dimensio-
nes de los depósitos definen la cantidad de
energía que puede almacenarse. Dado que
los depósitos cuestan mucho menos que los
módulos de reactor o las células de batería,
esta nueva tecnología tiene unos costes ini-
ciales relativamente bajos.
Tras los buenos resultados obtenidos en
las pruebas piloto, Innogy decidió construir
una instalación prototipo a escala comercial,
con capacidad de almacenamiento de 120
MWh y capacidad de descarga de 15 MW,
en un lugar próximo a su central combinada
de Little Barford. Su misión principal será
proporcionar a la planta principal de 680
MW la energía necesaria para restablecer el
funcionamiento tras un corte del suministro
eléctrico. La planta funcionará también
como ‘buffer’, almacenando energía ‘econó-
mica’ (nocturna, fuera de las horas punta)
que suministrará durante el día, cuando la
demanda es mayor y las tarifas más altas.
Una vez puesta en servicio, la planta po-
drá comenzar a funcionar en menos de
10minutos (o en menos de 2 minutos si se
encuentra en stand-by). Durante el funcio-
namiento la planta estará plenamente conec-
tada a la red y podrá pasar de estado de
plena carga a plena descarga o a cualquier
estado intermedio en aproximadamente
0,02 segundos.
La planta RegenesysTM consta de cuatro
secciones principales:
n Depósitos de almacenamiento: Alojan los
dos electrolitos que son bombeados hacia y
desde las células de combustible regenera-
bles cuando la planta está en carga o des-
carga.
Depósitosde electrolito
Módulo de pilade combustibleregenerativa
Trans-formador
Convertidorde potencia
Funcionamiento de la
planta Regenesys. Más pa-
recida a una pequeña
planta de procesamiento
químico que a una central
eléctrica tradicional, la
planta utiliza tuberías de
polímeros de alto grado,
accesorios y bombas, en
lugar de las grandes máqui-
nas giratorias tradicionales.
A Colectores de entrada de
electrolito
B Electrodos bipolares
C Membrana selectiva de
iones
D Conexión eléctrica
E Colectores de salida de
electrolitoCou
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64 Revista ABB 4/2002
n Células de combustible regenerables
(RFC), a las cuales fluyen los electrolitos,
que reaccionan a través de una membrana
selectiva de iones en la carga y descarga; a
continuación, los electrolitos vuelven a ser
bombeados a los depósitos.
n Conversor/limitador/rectificador: Consti-
tuye la interfaz eléctrica entre la red y las ca-
racterísticas de tensión durante la carga y
descarga de las células de combustible rege-
nerables (RFC). Durante las descargas con-
vierte la tensión continua de las RFC en ten-
sión alterna y, durante las cargas, la tensión
de la red en tensión de corriente continua.
n Transformador: Durante la descarga de
las RFC, este elemento transforma la tensión
de salida del conversor a la tensión de red y
en las fases de carga la tensión de red pasa
a ser la tensión requerida por el conversor.
Sistema de conversión
de energía y control de
procesos
Un elemento clave de las baterías de un sis-
tema de células de combustible es el sistema
de conversión de energía (PCS), que consti-
tuye la interfaz entre la tensión de alimenta-
ción de red de corriente alterna y la tensión
de funcionamiento variable de los módulos
de corriente continua. La tensión en bornes
de las células RFC varía sustancialmente, de-
pendiendo de la dirección de flujo y de la
magnitud de la energía.
El sistema PCS consta de dos sistemas de
conversión autónomos, con funciones distin-
tas, y de una unidad de interruptor perió-
dico (conversor DC/AC) que proporciona el
enlace a la tensión variable de los módulos
Regenesys y de la unidad inversora DC/AC.
Para garantizar la capacidad de puesta en
marcha independiente se utilizan converso-
res de fuente de tensión autoconmutables.
El resultado es un sistema de conversor de
cuatro cuadrantes diseñado para transferir si-
multáneamente energía reactiva y real, inde-
pendientemente una de otra.
Tanto el interruptor periódico como el
conversor de fuente utilizan la misma plata-
forma física, el diseño en torre IGCT, muy
compacto, que ABB ya ha utilizado en otras
aplicaciones.
Control del sistema
para varios modos de
funcionamiento
El modo normal de funcionamiento habrá
de seguir un programa predefinido de perfi-
les de intensidad/tensión/tiempo durante la
carga y descarga, inclusive el arranque y la
parada del sistema. El programa se actualiza
diariamente para definir el funcionamiento
de las 24 horas siguientes.
Las entradas principales de control del
sistema son señales condicionadas para la
frecuencia y tensión del sistema (suministra-
das por el control de PCS) y diferentes órde-
nes de modo de control recibidas desde el
centro de envío del propietario a través de
un enlace de comunicaciones a distancia.
Las salidas principales provenientes de la
planta RFC son las referencias de ajuste de
la energía activa y reactiva.
En el software del controlador programa-
ble de alta velocidad están implementadas
las siguientes funciones:
n Control de la tensión: Responde a las
fluctuaciones en la red de corriente alterna y
regula la tensión en condiciones estables y
transitorias.
n Regulación de la frecuencia: Se inicia
cuando cae el sistema o se produce un cam-
bio brusco en el mismo, por ejemplo
cuando las reservas rodantes se conectan al
circuito de red.
n Estabilización del sistema de energía:
Amortigua las oscilaciones eléctricas del sis-
tema monitorizando las fluctuaciones de fre-
cuencia y controlando la importación y ex-
portación de RFC.
n Control automático de generación: Modi-
fica la salida de la planta para que coincida
con los aumentos o descensos de carga.
n Potencia constante de corriente conti-
nua: Garantiza que el sistema cargue/des-
cargue con una potencia AC constante.
News
Trans-
Interruptor CA CAI
Inversor /Rectificador
Pila de combustiblePregenerativa,
modular
Planta deprocedimientos
Sistema de control
Sistemas auxiliares
Elementos principales del sistema de
almacenamiento Regenesys
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n Modo de variación constante: Garantiza
que el sistema proporcione potencia reactiva
a un valor constante.
Si es preciso, podría configurarse un sistema
de almacenamiento y un sistema de conver-
sión de energía autoconmutado para funcio-
nar como un sistema UPS de continuidad
absoluta, que soporta parte de un sistema
de distribución o una empresa de gran con-
sumo sin necesidad de efectuar rotación de
planta para mantener estable la frecuencia, o
para proporcionar capacidad de puesta en
marcha independiente en las centrales con-
vencionales.
Un futuro prometedor
Algunas de las mayores compañías eléctricas
y empresas consumidoras han identificado
el potencial comercial y operacional que en-
cierra Regenesys. Gracias a la excepcional
adaptabilidad de los sistemas de electrónica
de potencia, las aplicaciones de esta tecno-
logía parecen no tener límites.
¿Qué nos traerá el futuro?
n Necesitaremos menos centrales eléctri-
cas: los planificadores de sistemas de ener-
gía podrán trabajar sobre demandas eléctri-
cas medias y ya no sobre necesidades
punta, que se satisfarán liberando energía
almacenada.
n La capacidad de generación de energía
será más eficaz, ya que la salida no deberá
cambiar constantemente para satisfacer las
fluctuaciones de la demanda.
n Las líneas de transmisión y los equipos
de distribución podrán funcionar con facto-
res de carga más altos y necesitaremos reno-
var o construir menos líneas.
n Las energías renovables, como la eólica,
solar o la mareomotriz, se aprovecharán más
eficazmente, pues se almacenará la energía
para liberarla en los periodos punta.
Una desventaja de los sistemas mecánicos
de almacenamiento de energía es el retardo
de la respuesta y la capacidad de conmuta-
ción rápida entre carga y descarga. La elec-
trónica de potencia avanzada y el control de
alta velocidad proporcionan a la tecnología
de células de flujo redox un excelente
tiempo de respuesta y permiten suministrar
toda la potencia en una fracción de se-
gundo, es decir, justo cuando se necesita. Y
esta tecnología puede instalarse casi en cual-
quier punto del sistema de energía.
Esta nueva tecnología despierta un inte-
rés enorme por su prometedor futuro. No es
exagerado afirmar que influirá sustancial-
mente en la construcción y funcionamiento
de las centrales eléctricas del futuro.
Te
ns
ión
RF
C[V
]
0Intensidad RFC [A ]
Adaptación de la tensión porel interruptor periódico
Tensión variable de terminal RFC VRFC
Tensión constante de enlace CC VDC
DescargaFlujo: RFC⇒red CA
CargaFlujo: red CA ⇒RFC
Características de intensidad y tensión de las células de combustible regenerables
La tensión de enlace DC del conversor de fuente de tensión se mantiene en un valor no-
minal constante; la tensión terminal de las células RFC varía según la dirección del flujo y
la magnitud de la energía (esto es, la dirección y magnitud de la corriente DC). La energía
es transferida entre estos dos niveles de tensión por el interruptor periódico bidireccional,
que actúa como transformador continuo de DC variable. Con una intensidad de unos
15 MW, el interruptor periódico es uno de los mayores que se hayan construido hasta hoy.
VDC
Interruptorperiódico
EnlaceCC
Convertidor defuente de tensión
Red CA6,6 kV/50 Hz
Reg
enes
ys[R
FC]
VRFC
Esquema del Sistema de Conversión de Energía