Revista Electricidad Nº225

diciembre de 2018

Cómo los imanes permanentes implican una menor mantención en parques eólicos

Pocas son las centrales eólicas que utilizan este sistema que, según indican los especialistas, redunda en una mayor disponibilidad de generación, con lo cual no disminuye el factor de planta.

Parque eólico Cuel, de Aela Energía, utiliza la tecnología de imanes permanentes. Foto: Gentileza Mainstream Renewable Power Chile.

Un menor mantenimiento para las operaciones que realizan los aerogeneradores supone el uso de los sistemas de imanes permanentes que se usan en los parques eólicos, donde Chile no es la excepción, puesto que esta tecnología se ha incorporado en algunas de estas centrales de generación de energía renovable variable (ERV).

A juicio de los especialistas consultados por ELECTRICIDAD, esta solución presenta otras ventajas en la operación de la generación eólica, como entregar una mayor eficiencia de conversión, además de minimizar las pérdidas relacionadas con la caja multiplicadora de revoluciones que están instaladas en los aerogeneradores.

Qué es

Daniel Llanos, gerente de Ingeniería de Mainstream Renewable Power Chile, señala que el sistema de imanes permanentes “es un aerogenerador sin caja multiplicadora y con un generador sincrónico de imanes permanentes de rotor externo, que permiten conseguir que la velocidad del rotor sea transferida de manera directa al generador”.

El ejecutivo explica que esta tecnología utiliza un dispositivo de electrónica de potencia llamado convertidor trifásico, “el cual permite sincronizar la energía inyectada a la red con las propiedades de frecuencia y forma de onda exigidas por la autoridad”.

“En Chile el parque eólico Cuel de 33 MW, desarrollado por Mainstream Renewable Power y de propiedad de Aela Energía, es uno de los proyectos que utilizan esta tecnología”, agrega Llanos.
Por su parte, Michael Sourit, Site manager de Siemens Gamesa para el proyecto eólico El Arrayán, afirma que esta tecnología “omite el uso de un gearbox (conocida también como caja multiplicadora) y acopla directamente el rotor a un generador síncrono de imanes permanentes, los cuales reemplazan a los bobinados de magnetización con excitación externa”.

Según detalla Brett Dutton, director del proyecto eólico Punta Sierra de Pacific Hydro, el sistema “cuenta con un conjunto de imanes permanentes que rodean el buje de las aspas y los bobinados de cobre, que se encuentran en la parte fija de la estructura de la góndola. Al girar el buje, el campo magnético de los imanes permanentes va girando también y, a su turno, genera un flujo de corriente en los bobinados estacionarios dentro del eje del buje. Después, esa energía se convierte en una potencia manejable por el convertidor que está ubicado en la base de la torre”.

El ejecutivo destaca que el sistema de generación de Punta Sierra “está basado en una máquina de imán permanente de impulso directo con generador síncrono que, en combinación con un convertidor de energía completa, permite que la turbina funcione más eficientemente”.

Parque eólico Punta Sierra también utiliza el sistema de imanes permanentes en la Región de Coquimbo. Foto: Rayen Luna.

Ventajas

De acuerdo con los especialistas, el uso de esta tecnología implica una menor mantención en los aerogeneradores, desde el punto de vista operacional, por lo que permiten mejorar la generación que se realiza desde el parque eólico.

José Antonio Jiménez, especialista en montaje eólico de Global Energy Services (GES), empresa encargada de la instalación de aerogeneradores, sostiene que los imanes permanentes “trabajan a velocidad más baja, tienen menos partes móviles y, en teoría, requieren menos tareas de operación y mantenimiento, a diferencia del aerogenerador con caja multiplicadora, que tiene más componentes y gira a altas velocidades, por lo que tiene más probabilidad de fallos y averías, debiendo ser rellenados de aceite o cambiarlos cada cierto tiempo”.

El especialista sostiene que la instalación de aerogeneradores con multiplicadoras requiere de “una operación de alineado del generador, y colocación del cardan, para garantizar que se transmite bien la fuerza giratoria de la multiplicadora al generador, mientras que en el sistema de imanes no hacemos esta operación”.

En su opinión, “los fabricantes dicen que los imanes permanentes son más eficientes, al tener menos averías y mantenimiento, debido a que tienen mayor disponibilidad y, en el largo plazo, estos factores suponen ahorros de costos durante la operación y el mantenimiento del aerogenerador”.

Michael Sourit añade que los imanes permanentes también “minimizan las pérdidas relacionadas con el gearbox (caja multiplicadora), además de reducir el peso de la nacelle (facilita transporte). Permite un diseño de nacelle más compacto, permitir más espacio libre en la nacelle (antes ocupado por el gearbox) y también está afecto a una menor cantidad de fallas (ver diagrama)”.

Para Daniel Llanos el uso de los imanes permanentes también tiene un impacto positivo en el factor de planta de las centrales eólicas: “Las cajas multiplicadoras deben ser sometidas a mantenimiento periódico. El no contar con este elemento mecánico, aumenta la disponibilidad de los aerogeneradores y por consiguiente el factor de planta de los parques eólicos”.

En esto coincide Brett Dutton, quien explica que, en el caso del parque Punta Sierra “prevemos tener el mejor factor de planta de la zona, con 39,5%, siendo uno de los más altos en centrales eólicas que operan en la Región de Coquimbo”.

Otra característica de esta tecnología que destaca el ejecutivo es “la minimización de componentes pesados y complejos, lo que hace que estas piezas requieran menos mantención, dando como resultado una alta confiabilidad y eficiencia de conversión en sus operaciones”.

Y agrega: “Menos componentes y menor complejidad significan menos horas-hombre en la mantención y menos desechos que a veces son peligrosos. Por ejemplo, con este tipo de turbinas no hay los altos volúmenes de aceite que sí se encuentran en las cajas de cambio de tecnologías convencionales”.

“La combinación del generador con el convertidor de energía IGBT permite que este tipo de turbinas logre una eficiencia óptima con vientos variables. Estas turbinas, además, ofrecen mejores características eléctricas y cumplen con la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio exigida por el Coordinador Eléctrico Nacional”, concluye el ejecutivo de Pacific Hydro.