Mini centrales Hidroeléctricas operando en redes eléctricas aisladas (VIII de VIII)

Gabriela König

Directora Comercial Latam y Península Ibérica para turbinas CINK Hydro-Energy

Ciudad de México (Expertos / Energía Hoy).- El tema final de la serie son las turbinas operando en redes eléctricas aisladas, porque aun quedan muchos lugares habitados en el mundo que no están conectados a una red eléctrica de distribución y que requieren una solución energética eficiente y sostenible. Tener acceso a electricidad de forma estable es un factor clave para el desarrollo y bienestar de cualquier población o empresa, y dar estas oportunidades en zonas rurales es un reto pendiente en los próximos años y décadas, porque además es una oportunidad para descongestionar nuestras ciudades cada vez mas pobladas y con una calidad de vida poco saludable, ni física y ni psicológicamente.

La subida de los precios de la energía eléctrica ha motivado también a personas particulares con acceso a la red, a buscar alternativas de suministros autónomos, y a empresas de bajar el gasto energético a mediano plazo con una producción propia de electricidad. En algunos lugares rurales con redes existentes pero inestables, una producción propia de energía garantiza la continuidad de la actividad en general, porque es muy tedioso de tener que parar trabajo y vida por las múltiples fallas en el suministro, que suelen tener redes lejos de puntos de generación por sus pérdidas y su caída de frecuencia en el transporte.

La primera condición para poder suministrarse su propia energía eléctrica con una turbina hidráulica es la de disponer de un recurso hídrico adecuado, más o menos cerca de su consumo. También existen países donde se puede generar con una central en un lugar y consumir en otro, pagando un peaje a la red. A partir de unos 10 kW de potencia instalada empieza a ser factible y razonable contar con un sistema industrial, más robusto, estable y fiable que muchas soluciones “caseras” que tienen su justificación en potencias más pequeñas, pero siempre se optimiza más los costos, uniéndose con mas consumidores para llegar a una central de más potencia (aprox. 100-500 kW), si el recurso hidráulico disponible y la geografía lo permite.

En los proyectos que operan en isla es conveniente que el caudal que requiere la turbina para conseguir la producción que cubre el consumo previsto esté siempre garantizado (analizar hidrología disponible versus consumo previsto). Si tenemos más consumo de electricidad que producción, el sistema se cae, porque cae la frecuencia. En el caso de andar justo con el recurso hídrico, se puede cargar bancos de baterías con la turbina en horario nocturno con la electricidad sobrante para disponer de ella durante el día, si fuera necesario. Otra opción es complementar la producción hidroeléctrica con otra fuente de energía que la suplementa en momentos de falta de agua (veranos o horas punta), como la solar, la mini eólica, o un generador diésel

La gran diferencia entre un equipamiento operando con la red y uno operando en isla está en su parte eléctrica.

Al contrario a un equipo conectado a una red, un sistema aislado debe estar preparado para arrancar sin energía eléctrica (black start), por lo que se requiere, entre otros componentes, un generador síncrono auto excitado (En pequeños proyectos conectados a la red sirven generadores asíncronos más económicos). La válvula que deja entrar agua a la turbina se suele abrir a mano en sistemas pequeños, pero puede estar equipado con una batería y funcionar de forma eléctrica en sistemas mas grandes (todo es cuestión de precio).

El sistema eléctrico tiene que crear y mantener la red, y controlar la frecuencia, independientemente que el sistema de control de la turbina se adapta a diferentes caudales o se ajusta a potencias requeridas durante diferentes horarios. El equipo también tiene que amortiguar eléctricamente los cambios que se producen a la hora de conectar y desconectar consumos, lo que se suele resolver con una resistencia que quema los pequeños sobrantes, hasta que la turbina se puede regular, de forma sencilla y eficaz. Todo estos valores y ajustes se pueden controlar y optimizar con garantía con sistemas de control digitales automáticos, por lo que la atención que requiere un equipamiento moderno autónomo es mínima, tanto en costo como en tiempo.

Respecto al equipamiento hidroeléctrico en general, se puede decir que en cuanto más salto/presión tenemos, más económico es el equipamiento por kW instalado, porque la turbina físicamente es mas pequeña ¡pero un salto alto va a subir el presupuesto para la tubería! Como en todos los proyectos, hay que encontrar el compromiso técnico y económico optimo: la mayoría de las relaciones salto-caudal son técnicamente posibles, porque las turbinas y su equipo eléctrico siempre se fabrican a medida, pero no todos son viables económicamente.

Aunque suele haber mucha ilusión de querer independizarse eléctricamente, siempre insisto y aconsejo, que cuando existe una red cerca, hay que conectarse a ella. Suele ser mas conveniente económicamente y técnicamente (estabilidad eléctrica, equipo electromecánico más económico) y se puede colocar el contador de la red después de desviar el consumo propio o uno viceversa, para además poder vender los sobrantes.

Una vez localizado el lugar mas conveniente, realizado el estudio topográfico y hidrológico y después de haber realizado la ingeniera para definir conductos y obra civil, se pasan los datos al suministrador del equipamiento hidroeléctrico para que pueda sugerir y cotizar un equipamiento adecuado específico acorde a los datos topográficos y hidrológicos y las necesidades y eléctricas. Es importante que el equipamiento sea fácil de instalar y mantener, ya que no suele sobrar dinero ni personal especializado en los lugares remotos para que estén pendientes de la operación.

Es altamente conveniente que el sistema de control y eléctrico sea digital y automático, porque solo así se consigue la eficiencia, estabilidad y seguridad de operación que se merecen los consumidores conectados. Unos componentes y diseño de alta calidad de un suministrador con experiencia en este tipo de equipamientos, garantizan una larga vida y rentabiliza la inversión y evitan dolores de cabeza.  

Además, un sistema de control digital moderno permite una asistencia técnica en línea y que un técnico experto local en otra localidad pueda estar vigilando la central a distancia desde su oficina, sin grandes costos y esfuerzos.

Turbinas compactas y de sencilla instalación y mantenimiento, como las turbinas Crossflow y Pelton, son especialmente aptas para una operación en sitios remotos y aislados, física y eléctricamente, y a la vez son ideales para una entrega “llave en mano” en un CINK POWER BOX, donde el equipamiento electromecánico viene instalado y listo para producir dentro de un conteiner, diseñado y fabricado a medida específicamente para cada proyecto.

Es una casa de maquinas prefabricada a medida, robusta y de alta calidad, aislada acústica y térmicamente y con la estructura adecuada para las cargas del equipamiento concreto en operación, evita gestiones, tiempo y gastos de obra de construcción y trabajos de montaje, sobre todo en lugares donde mano de obra cualificada y materiales de alta calidad escasean.

Todos los componentes son instalados y conectados en fábrica, lo que permite operar en pocas horas después de anclar el CINK POWER BOX sobre una sencilla solera.

 

Ejemplo 1

Rehabilitación de un antiguo molino con turbina Crossflow operando en red aislada que alimenta con electricidad un restaurante en una zona rural en Galicia.

Fijarse en el tamaño para una turbina de solo 38kW: con un salto bajo la turbina es grande!!!

Salto neto: 3 m, Caudal nominal: 1.650 l/s, mín. 99 l/s, Potencia instalada: 38 kW

 

Ejemplo 2

El segundo ejemplo es un equipamiento con una turbina Microcross que opera en una red aislada en un lugar remoto en el centro de Noruega. Alimenta con electricidad aproximadamente a 5 casas a las que solo se puede acceder a pie, en moto de nieve o en helicóptero y ha reemplazado un generador Diesel.

Salto neto: 7,80 m Caudal nominal: 200 l/s Potencia instalada: 11 kW

 

Ejemplo 3

Equipamiento Microcross operando de forma completamente autónoma en el centro de Islandia aportando energía a los sistemas auxiliares de una hidroeléctrica más grande. En este caso la turbina es responsable del control de ciertas válvulas de un embalse por lo cual se requiere una alta fiabilidad. Además durante 6 meses no se puede acceder al equipamiento por nieve por lo que fue equipado con una lubricación automático. De esta manera y con su control digital y SCADA puede operar solo y no requiere ninguna atención más durante medio año.

Salto neto: 22,50 m Caudal nominal: 200 l/s Potencia instalada: 30 kW

 

Ejemplo 4

Equipamiento con turbina Crossflow operando en red aislada en las montañas del Cáucaso, Georgia que alimenta con electricidad una pequeña aldea.

Salto neto: 38 m – Caudal nominal: 340 l/s – Potencia instalada: 108 kW

 

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