Optimización sostenible de la energía eólica

(Fuente: Weiss Technik GmbH) / (Fuente: Weiss Technik GmbH)

(Fuente: Weiss Technik GmbH)

La energía eólica aporta una contribución importante contra el cambio climático. Sin embargo, las fallas, el mantenimiento y la reparación de las instalaciones de energía eólica suelen ser laboriosos y costosos. Con frecuencia, la electrónica de potencia es la más afectada, ya que está sometida a cargas extremadamente altas. Por ello, la Universidad de Bremen investiga, en el marco del proyecto conjunto HiPE-WiND, financiado por el BMWi, cómo prolongar su vida útil y optimizar el mantenimiento. weisstechnik ha planificado y realizado una cámara climática para pruebas de carga multidimensional.

Socios en la investigación de energía eólica

El instituto líder en el proyecto conjunto HiPE-WiND (Electrónica de potencia en plantas de energía eólica) es el Instituto de Motores Eléctricos, Electrónica de Potencia y Elementos de la Universidad de Bremen, en colaboración con el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Eólica en Bremerhaven. Para determinar qué componentes de la electrónica de potencia fallan bajo qué condiciones, se realizan pruebas de carga a largo plazo en sistemas completos de convertidores de aerogeneradores de hasta diez megavatios. Se simulan las altas cargas provocadas por condiciones de viento variables y la red eléctrica bajo diferentes condiciones climáticas, desde el Ártico hasta el Sahara. Esto se realiza en la cámara climática desarrollada a medida por weisstechnik. Como núcleo técnico del "HiPE-LAB" en Bremen, ayuda a comprender de manera realista y en modo acelerado cómo envejecen los sistemas de conversión durante 20 años de uso bajo cargas multimodales.

Gran instalación de 300 kW con suelo de carga pesada

El especialista en tecnología ambiental weisstechnik pudo imponerse con éxito en la licitación de la instalación y planificar y realizar el proyecto de forma integral. La dimensión y potencia de la cámara accesible y transitable, con un volumen útil de aproximadamente 190 m³ y una potencia eléctrica de casi 300 kW, representaron un desafío importante. La carga superficial del suelo de carga pesada en la cámara supera los 10.000 N/m². Las grandes piezas de prueba, que pueden pesar hasta 5.000 kg, como armarios de control con convertidores, se introducen en la cámara sobre ruedas a través de una puerta doble doble. Las paredes de la cámara están hechas de acero inoxidable (soldadas herméticamente) y cuentan con un aislamiento de 200 mm de espesor, compuesto por espuma especial y lana mineral. Una puerta lateral permite el acceso al personal.

Sistema de refrigeración ecológico con CO₂

El rango de temperatura requerido para las pruebas oscila entre (-)40 °C y (+)120 °C. Para lograrlo de manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente, se ha utilizado una cascada de refrigeración con CO₂. Esto permite alcanzar temperaturas de hasta (-)45 °C; además, este diseño facilita una alta compensación térmica. Esto es importante para las pruebas de carga, ya que las piezas sometidas a carga generan una alta carga térmica, de aproximadamente 70 kW a 100 °C y una humedad relativa de hasta el 95%, y 50 kW a 85 °C/85% HR. El uso de CO₂ como refrigerante requiere medidas de seguridad adicionales. Por ejemplo, fue necesario integrar un sistema de enfriamiento en parada con alimentación eléctrica independiente para evitar la expansión del CO₂ y prevenir una presión excesiva en el sistema durante la parada. Además, se ha instalado un sistema de detección de gases en la cámara y en la sala técnica, que activa alarmas visuales y acústicas y activa la ducha de emergencia en caso de fuga de CO₂. Además, el nivel de oxígeno se monitoriza continuamente con tecnología de medición redundante.

Técnica a medida

Para lograr una distribución homogénea del clima en la cámara, se optó por una conducción de aire vertical. El aire preacondicionado se introduce desde abajo en la cámara a través de un suelo doble de acero inoxidable perforado, en el que también se pueden colocar las conexiones para las piezas de prueba, y se dirige hacia arriba mediante un intercambiador de calor. Por encima del techo, el aire se descarga lateralmente y se devuelve al espacio de tratamiento del aire. Los ventiladores de recirculación utilizados son regulables de forma continua, y la humedad se mantiene de forma higiénica mediante humidificación por vapor. La sala técnica junto a la cámara de prueba contiene todos los componentes y armarios necesarios. Un requisito importante es que el nivel de ruido de la instalación debe ser inferior a 72 dBA. Para garantizarlo de manera fiable, se han equipado los componentes con un aislamiento acústico especial.

La operación de la instalación es sencilla e intuitiva, mediante el sistema de control SiMPAC® probado y optimizado para sistemas de simulación ambiental, un sistema digital de medición, regulación y documentación. La operación puede realizarse a través de una pantalla táctil (con la innovadora interfaz WEBSeason®) en la sala técnica. Además, la instalación puede operarse en modo remoto de forma cómoda mediante una interfaz EtherCAT y una interfaz de red.

Tecnología de simulación ambiental para la transición climática

La planta de pruebas multimodal está en uso con éxito desde mediados de 2021 en el proyecto de investigación HiPE WiND en Bremen. Las pruebas combinadas de carga climática y eléctrica, que simulan condiciones reales, son ideales para averiguar cómo hacer que las instalaciones de energía eólica sean más resistentes y duraderas. Con ello, weisstechnik realiza una contribución importante a la transición energética.