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

Cou

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Revista ABB 4/2002 63

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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Revista ABB 4/2002 65

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