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El sistema de control
en centrales termosolares
Las
centrales eléctricas termosolares actuales tienen una gran asignatura
pendiente: el sistema de control. La necesidad de desarrollar con
rapidez los proyectos para garantizarse
la prima más alta posible ha hecho que la ingeniería de detalle del
sistema de control no se haya desarrollado a la altura de lo que cabría
exigirle a un sistema de control del siglo XXI. Hay que tener en cuenta que una central termosolar cuenta con casi
todos los equipos necesarios para desarrollar la automatización
completa. No es una cuestión de software, el desarrollo de una lógica de control adecuada.
Por Santiago García Garrido
Director Técnico de Renovetec
www.renovetec.com
VENTAJAS DE LA AUTOMATIZACIÓN COMPLETA
Las actuales plantas son totalmente manuales. Eso quiere decir que el
arranque, la selección del modo de funcionamiento (se identifican
más de 15 modos de funcionamiento completamente diferentes
en las centrales termosolares), el control de la temperatura, la
refrigeración y el control de todos los parámetros que afectan al
rendimiento y potencia de la planta se realizan de un modo
completamente manual, según decisiones del operador de la central.
¿Cuál es la consecuencia? Se depende totalmente del panelista de la
sala de control, que puede tener una formación mayor o menor, un estado
anímico mejor o peor, una habilidad mayor o menor, o incluso una
opinión personal sobre el modo de operar la planta, diferente de otros
panelistas que operan en otros turnos. Y así se constata que cada
panelista aplica sus reglas y costumbres, y unos prefieren operar la
planta de una forma, mientras que otros toman otros tipos de decisiones.
Las tres ventajas indudables de tener un sistema de control automatizado son las siguientes:
*Disminuye el número de operadores necesarios. Más bien podría decirse
que, ya que el número de operadores se fija por cuestiones
presupuestarias, con un número mínimo de operadores es posible operar
con total seguridad y con el mejor rendimiento.
*La planta siempre se opera en el punto óptimo, y no en el punto preferido del operador. Esta es sin duda la principal ventaja.
*El número de averías e incidentes desciende. Únicamente aumentan los
problemas electrónicos relacionados con los sistemas de control.
ESTRUCTURA ANUAL
En realidad en la planta conviven una serie de sistemas de control
independientes que apenas comparten unas cuantas señales. En primer
lugar está el sistema de control del campo solar, compuesto por un
sistema de control central (FSC, Field Solar
Controller) y los controladores individuales de
cada colector (normalmente un lazo está formado por cuatro colectores,
como puede verse en la figura 2)
Las claves de la automatización completa del sistema del campo solar son dos:
*Disponer de válvulas automáticas a la entrada o salida de cada uno de
los lazos y una sonda de temperatura a la salida del lazo.
*Disponer de datos meteorológicos suficientes: (radiación, humedad,
velocidad del viento, temperatura) a lo largo del extenso campo solar,
lo que puede suponer instalar entre 5 y 10 estaciones
meteorológicas).
Disponiendo de estos dos elementos, y casi todas las plantas disponen
de ellos, es posible conseguir que la regulación del campo solar se
realice sin intervención del operador.
El sistema de control de la isla de potencia se encarga de regular los
fluidos a través de los diversos equipos de forma que se produzca un
intercambio de calor entre el fluido térmico (HTF) y el ciclo
agua-vapor, manteniendo el control (más o menos) de algunas variables
como temperaturas, presiones, caudales y niveles. Así, controla los
variadores de velocidad de las bombas principales de HTF, las válvulas
principales de HTF, las válvulas de salida del tren generador de vapor,
los diferentes by-pass, los variadores de velocidad de las bombas de
alimentación del ciclo agua-vapor, las bombas de condensado o los
niveles de todos los tanques y calderines.
Esta además el sistema de control de la turbina, totalmente
independiente y suministrado por el fabricante de ésta. Este se encarga
de los procesos de arranque y parada de la turbina, de la regulación de
carga y de la vigilancia de determinados parámetros que activarían las
seguridades que protegen la turbina.
Junto a estos sistemas de control prácticamente independientes se
encuentran los controles de cada uno de los sistemas auxiliares que
componen el BOP (Balance of Plant).
Así, la planta de tratamiento, la caldera auxiliar, el sistema
contraincendios, el sistema de aire comprimido o la estación de gas
disponen de su propio sistema de control, e intercambian
determinadas señales con el control del bloque de potencia.
INCONVENIENTE DE ESTA ARQUITECTURA
El primer inconveniente que cabe destacar es que la planta trabaja
normalmente fuera de su punto óptimo de diseño. Se observa a menudo que
la temperatura del aceite rara vez alcanza la temperatura ideal
a la entrada de los intercambiadores (unos 393ºC). A esa
temperatura el rendimiento térmico de la planta es el mayor posible. Es
el operador el que decide el número de lazos abiertos, el número
de lazos enfocados o desenfocados parcialmente, y en algunos casos
incluso el caudal que circula por el campo solar. Al tener tantas
opciones y tanta capacidad de decisión, el operador no
siempre elige la más adecuada. Se deja en
manos del operador decisiones que comprometen la rentabilidad
de la planta, decisiones que no siempre son óptimas.
Es fácil pasear por una sala de control y observar la temperatura a la
que está trabajando la planta a la entrada del tren de generación de
vapor en un momento determinado: no es frecuente ver trabajar la planta
en su punto óptimo. Peores son las conclusiones cuando se analiza un
balance de energía completo.
En segundo lugar, y es tan grave como el punto anterior, hay muchas averías que se han provocado por una deficiente operación.
Dentro de su capacidad de decisión está en algunos casos operar de
forma poco segura para las instalaciones. Así, algunos pinchazos del
tren de generación de vapor, el fallo en cierres de bombas, la
degradación acelerada del aceite, la corrosión en algunas partes
de la instalación o el desequilibrio de presiones del campo solar
a menudo se relacionan con operaciones poco
afortunadas.
LAS DIFICULTADES PARA LA AUTOMATIZACIÓN TOTAL
No es impensable una planta termosolar que arranque y pare de forma
totalmente automática, que desenfoque o enfoque lazos de acuerdo a
decisiones implementadas en el sistema de control o que la caldera
auxiliar se ponga en marcha de forma automática cuando se requiera. Hoy
francamente, parece impensable. Pero también parecía impensable un
sistema informático capaz de ganar al ajedrez a prácticamente cualquier
humano, y por solo 30 € es posible adquirir una máquina que en
el modo avanzado resulta prácticamente imbatible. Y desde luego
debe analizar más opciones y cuenta con procesadores menos potentes que
los instalados en una central termosolar.
La primera dificultad está en la medición de las condiciones
atmosféricas. El número de estaciones meteorológicas actual resulta
insuficiente, ya que las condiciones de radiación o temperatura
presentes en una zona de la planta pueden ser diferentes a las
presentes en otra. Pero por un coste inferior a 100.000 euros pueden
instalarse todas las estaciones necesarias, un mínimo de ocho. La
medición de la radiación en todo el campo solar podría ser casi
perfecta.
En segundo lugar, la falta de válvulas automáticas con un control PID
para su regulación condiciona enormemente la posibilidad de
automatización completa.
La tercera dificultad es la inversión y el tiempo necesario para el
desarrollo de un sistema de control distribuido central, que englobe a
los diferentes sistemas de la planta.
Y por último, y probablemente la más insalvable de todas, está la
resistencia humana.Los operadores prefieren realizar un control manual
a pesar de los graves inconvenientes que esto supone. Y muchos
responsables de planta han asumido que debe ser así, y que no hay otra
alternativa.
EL INGENIERO DE CONTROL
El ingeniero de control como parte del equipo de Operación y
Mantenimiento, se ha convertido en una figura imprescindible en una
central termosolar.
En muchas plantas industriales esta figura ligada a la explotación
apenas podría modificar un pequeño número de parámetros. En una
termosolar prácticamente tiene un acceso total al programa de control.
El ingeniero de control tiene dos funciones principales:
1. Solucionar una gran cantidad de automatismos que no están bien
implementados en las plantas, como controles de nivel, de caudal, de
temperatura… Esta carencia procede del proceso de puesta en marcha, que
normalmente se acelera de forma artificial y se deja sin “comisionar”
algunos sistemas, que quedan para siempre en modo manual.
2. Mejorar el sistema de control general, ideando rutinas de control y
ajustando controladores PID que “alivien” el trabajo del operador.
CONCLUSIONES
El sistema de control no sólo puede mejorarse, sino que debe hacerse
para conseguir que las plantas puedan cumplir su plan de producción
esperado. Si el sistema de control no se desarrolla correctamente en
los próximos meses, muchas plantas empezarán a incumplir su producción
esperada, por trabajar fuera del punto diseño, por tener gran cantidad
de averías e indisponibilidad provocados por una operación deficiente y
verán incrementados sus costes de producción al tener que incorporar
necesariamente una plantilla superior a la inicialmente considerada.
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http:// www.renovetec.com
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Puesta en marcha de Centrales Termosolares (31/3 y 1/4)
Operación de Centrales Termosolares: eficiencia y optimización (14 y 15 de Abril)
Mantenimiento de Centrales Termosolares (5 y 6 de Mayo)
Permitting y gestión financiera de proyectos energéticos (23 y 24 de Mayo)
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