Fiabilidad, Tasas de Fallo y Disponibilidad Real de los Parques Eólicos

5 September, 2014 | By More

Por Dr. Alberto Conde Mellado PhD; Editado por Dra. Dora López, PhD

 

Wind Mill_ScovilleTal como se traslada en el artículo anterior, ¿Cómo puede afectar la energía renovable al precio de la energía?, la generación de energía renovable puede reducir el precio de la energía haciéndola más accesible al consumidor de la misma. Tal como se analizaba en el artículo, a mayor presencia de energía renovable en la curva de generación de energía, menor es el precio de la electricidad.

 

Por lo tanto, parece claro poder afirmar que cuanta más potencia renovable instalada se disponga, menor debería ser el coste de la electricidad. Sin embargo, conviene tener muy claro el rendimiento de estas instalaciones, dado que la operación de los parques de activos renovables está en muchas ocasiones lejos de su óptimo debido a estrategias de mantenimiento que distan de ser óptimas, o en su defecto, estrategias infra o sobre mantenidas que generan un nivel de gasto preventivo y gasto correctivo que hacen que el precio de generación del MWh renovable encarezca, al tiempo que reduce el rendimiento de los activos renovables por su bajada de disponibilidad. Ver artículo sobre tipos de disponibilidad en el ámbito eólico: Entendiendo el Concepto de Disponibilidad en el Ámbito de la Energía Eólica.

 

Para poder desarrollar el concepto de optimización de la producción y consecuentemente, su afección en el precio de la electricidad, les animo a que imaginen un parque eólico de 100 MW instalados, donde tenemos 50 turbinas de 2 MW cada una. Imaginen también que este parque eólico está situado en una zona con un recurso eólico anual que lo hace funcionar durante 3.000 horas equivalentes. El concepto de hora equivalente es aquel que recoge el número total de MWh producidos por un activo dividido por su potencia nominal, también conocido como capacity factor.

 

Con esto datos, y a lo largo de un año, se puede calcular la energía generada por ese parque eólico anualmente:

 

100 MW x   3.000 h/año =   300.000 MWh /año (1)

 

Ahora bien, según estudios europeos sobre fiabilidad, tasas de fallo y disponibilidad real de los parques, el rendimiento de los parques bajo los criterios de mantenimiento preventivos convencionales (léase, intervenciones correctivas o intervenciones preventivas entre periodos de tiempo constantes y determinados previamente por normalmente por el fabricante, pero que también pueden ser modificados por el mantenedor o explitador del parque), decía que el rendimiento de los parques se ve mermado por problemas correctivos en activos importantes como multiplicadora, palas, sistemas pitch de control del ángulo de pala, generador, eje principal, y grupo hidráulico entre otros. Es muy frecuente escuchar en el sector que una multiplicador por ejemplo “no dura más de 5 años”. Para seguir con el caso de la multiplicadora en el parque presentado anteriormente, y considerando una tasa de fallo de gran correctivo para las multiplicadoras de 0,06 por año (tasa bastante prudente para las experiencias conocidas por el autor en el mercado mundial actual), en el parque actual presentado tendremos un total fallos de multiplicadora según la ecuación (2):

 

50 aerogeneradores   x   0,06 = 3 multiplicadoras/año (2)

 

Esto implica que cada año, entre los 50 aerogeneradores, tendremos 3 de ellos que sufrirán problemas de multiplicadora que afectarán a su rendimiento y tiempo operativo, su disponibilidad, afectando directamente a la producción de energía generada. Al mismo tiempo, el dueño del parque tendrá que afrontar reparaciones costosas e importantes para volver a tener operativo el aerogenerador dañado, lo cual implica una pérdida doble, por un lado una pérdida de rendimiento que le generará menor nivel de ingreso en la venta de energía, y por el contrario, un desvío en su presupuesto de explotación al tener que afrontar costes de reparación importantes. Todo esto afecta al precio de la energía.

 

Para poder estimar cómo afecta el precio de la energía, supongamos que el coste de la reparación de la multiplicadora asciende al cambio de la multiplicadora más el alquiler de la grúa necesario para sustituir la multiplicadora:

 

$ 350.000 (multiplicadora nueva) + $ 90.000 (grúa) = $ 440.000 por fallo (3)

 

Por otro lado, para poder realizar todo este proceso, el aerogenerador estará fuera de servicio una media de 5 días entre que se detecta el problema y se realiza la intervención de cambio (todo esto, suponiendo que se cuenta con repuestos y que se puede contratar una grúa de urgencia). Por lo tanto, la energía perdida durante esos 5 días por ese aerogenerador en el parque de estudio serán:

 

(4) (3.000 h eq. año / 365 días)   x   5 días inactividad = 41,1 horas fuera de servicio

 

lo cual se traduce en la pérdida de los siguientes MWh por multiplicadora dañada:

 

41,1 horas fuera de servicio   x   2 MW = 82,2 MWh (5)

 

que extrapolado al parque completo y durante un año, sabiendo que fallan 3 multiplicadoras al año suponen una pérdida total de:

 

82,2 MWh x 3 multiplicadoras = 246,6 MWh por año (6)

 

Esto significa que para el dueño de este parque, su estrategia de mantenimiento le está generando unas desviaciones en coste de algo más de 1,2 millones de $ para las 3 multiplicadoras que fallarán en su parque de 100 MW y además, estará dejando de ingresar, suponiendo el precio de venta de la energía a 100 $/MWh, unos $246.600 por año. Cerca de 1,5 millones de dólares anuales. Hagan ustedes el cálculo de extrapolar esta proyección al ciclo de vida de un parque eólico, entre 25 y 30 años, dado que las cantidades actuales son por cada año de explotación. Todo esto encarece la energía.

 

Además, de (6) y (1) podemos extraer el % de la energía perdida por fallos catastróficos de multiplicadora sobre la base de energía generada por el parque anualmente según sus horas equivalentes:

 

246,6 MWh / 300.000 MWh = 0,08% (7)

 

Puede parecer una cifra poco importante, si bien hay que recordar que solo estamos teniendo en cuenta un posible tipo de fallo de los múltiples posibles en un aerogenerador, que en su caso, serían pérdidas acumuladas a este %, llegando a alcanzar cifras por encima incluso del 5% en una gran variedad de casos reales.

 

Para tangibilizar algo más este estudio, y sabiendo que una familia (española) consume de media unos 10.000 kWh anuales (10 MWh), tendríamos la situación en la que el siguiente número de familias quedaría sin abastecer anualmente por una estrategia de mantenimiento no adecuada a la tasa de fallo del activo multiplicadora en este caso:

 

246,6 MWh   / 10MWh por famila   =   24,6 familias (8)

 

Si extrapolamos este caso a la potencia instalada en Latinoamérica según artículo de nuestra compañera Dra. Elizabeth Scoville en Situación Actual de la Energía Eólica en Latinoamérica el número de familias ascendería a:

 

24,6 familias/100 MW instalados x 3200 MW instalados = 787,2 familias (9)

 

Estas familias deberán ser abastecidas por otros medios de generación de electricidad, que a buen seguro encarecerán el precio de la electricidad consumida.

 

Por lo tanto, una vez más, queda claro que cada MW renovable cuenta y que traducido al concepto de familia es más fácil tangibilizar la importancia de una buena estrategia de mantenimiento de un activo renovable, en este caso eólico. De estas técnicas se puede profundizar más en los artículos siguientes, sobre mantenimiento basado en la condición, y las diferencias entre los sistemas de sensores y los verdaderos sistemas de control de salud de activos renovables:

 

Optimizando las Inversiones Eólicas

 

Entendiendo el concepto de monitoreo de la condición para ámbito eólico

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Category: Energía Eólica

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