CORE - ISA Sección Española

Sección Española
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CORE, CENTRO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE
INSTALACIONES DE GENERACIÓN DE ENERGÍAS
RENOVABLES
Eduardo Castañs
IBERDROLA INGENIERIA Y CONSTRUCCIÓN, S.A.U. (IBERINCO)
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RESUMEN
No hay duda de que las energías renovables están en auge, más ante la nueva coyuntura energética que se
nos plantea en la actualidad. El desarrollo de las energías renovables necesita de la ayuda de todos,
administrativa, tecnológica y empresarial, pero su desarrollo debe ser racional y controlado, de forma que
su explotación no sólo reporte sus indudables beneficios, sino que sus menores, pero no por ello
inexistentes, perjuicios sean minimizados al máximo. Por ello surgen, y posiblemente cada vez más,
medidas administrativas o iniciativas empresariales que no sólo buscan racionalizar el uso de las energías
renovables, sino facilitar su crecimiento, integración y mejora tecnológica. Un Centro de Operación y
Mantenimiento de Instalaciones de Generación de Energía Renovable es un claro ejemplo de compromiso
e iniciativa empresarial orientadas a mejorar la explotación, la producción y el desarrollo de las energías
renovables, para beneficio de todos.
1. INTRODUCCION
Las Energías Renovables (ER) son formas de energía cuyas fuentes no son, en principio, a largo plazo, agotables
o consumibles. La actual situación energética y medioambiental del planeta parece apuntar a que el desarrollo de
las ER no ha hecho más que empezar y que las previsiones más optimistas pueden quedar desbordadas.
Los beneficios para un país o, en general, para la sociedad, del aprovechamiento racional de las ER es bien
conocido:
Estratégicos: reducción de la dependencia energética de fuentes exteriores, que no siempre están o van a estar
disponibles (garantía de suministro), ni es plenamente seguro su precio (garantía económica). En definitiva, las
ER favorecen la descentralización y liberación de la energía y proponen un horizonte económico más estable,
pues los precios y costes de producción tienden a reducirse, frente a lo contrario en las no renovables.
Medioambientales: reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera (17 Millones de toneladas en el 2003 que
supuso un ahorro económico en términos monetarios de170 Millones de €). También se reducen los impactos al
medio ambiente debidos a la gestión de residuos y transporte de la energía.
Sociales: la dispersión, localización rural y el continuo desarrollo tecnológico de su aprovechamiento presentan
a las ER como creadoras de empleo, tanto directo como indirecto, hasta 5 veces superior al convencional y
contribuyen eficazmente al desarrollo humano y crecimiento sostenible del planeta.
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Beneficios de los que sólo disfrutaremos con la ayuda de todos los agentes implicados en el desarrollo de las
ER: Administraciones y organismos, tanto públicos como privados, con sus ayudas, promotores y fabricantes,
con su empuje empresarial, y, finalmente, las compañías energéticas tradicionales con su experiencia y
tecnología.
Situación de las ER en España
Las energías renovables han experimentado un gran crecimiento en España hasta alcanzar el 16,6% del total de
la producción eléctrica.
Participación de las Energías Renovables en la Producción de Energía
Eléctrica (2005)
Nuclear
19,9%
Gas natural
26,2%
Hidráulica
7,9%
Renovables
16,6%
Eólica
7,2%
Biomasa
0,8%
Petróleo
Biogás
0,3%
8,9%
Solar Fotovoltaica
R.S.U.
Carbón
0,03%
0,4%
28,2%
TOTAL = 289.282 GWh
Fuente: Ministerio de Industria, Turismo y Comercio / IDAE Datos Provisionales
Figura 1 – Participación de las ER en la producción de Energía Eléctrica en España en 2005
El 26 de agosto de 2005 se aprobó, por el Consejo de Ministros, un ambicioso Plan de Energías Renovables
(PER) para el periodo 2005-2010 que ha revisado al alza los objetivos en las principales áreas y propone las
medidas necesarias para lograr que en el 2010 el 12%, sobre el total de la demanda, sea producido con energías
renovables.
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Evolución de las Energías Renovables según el PER 2005-2010
25.527
20.000
12.282
18.000
10.426
16.000
8.421
6.939
14.000
5.150
4.092
3.224
2.528
12.000
MW 10.000
TOTAL Potencia (MW)
Eólica
Minihidraúlica (<10MW)
Biomasa
8.000
6.000
4.000
Biogas
2.000
Solar fotovoltaica
2010
AÑO
2008
2006
2004
Solar termoeléctrica
2002
2000
1998
0
Fuente: IDAE Datos Provisionales
Figura 2 – Evolución de las ER en España según PER 2005-2010
España es un país puntero en ER, tanto en su implantación como en el desarrollo tecnológico asociado. Merece
especial mención el desarrollo que la energía eólica ha tenido en nuestro país, actualmente el más rentable del
mundo en esta área, con fabricantes y empresas que son líderes mundiales en este negocio.
El papel de las Compañías Eléctricas en las ER
Para beneficiarnos de las ER se están desarrollando multitud de tecnologías que, si bien, en sus estados más
primarios, han sido utilizadas desde hace miles de años, para su aprovechamiento óptimo están requiriendo cada
vez más de los mayores avances técnicos e imaginativos que el ser humano sea capaz de concebir. A tal punto
está llegando la eficacia en su generación que, lo que por su naturaleza y orígenes parecía dirigido a ser utilizado
sólo de forma local, su mejor aprovechamiento está solicitando su transporte. Hoy en día, es el transporte
eléctrico la forma más habitual de mover y distribuir la energía y es uno de los motivos por lo que alrededor del
70% de las energías renovables se convierten en producción eléctrica.
En este punto, las empresas eléctricas, lideradas por Iberdrola, han asumido su compromiso, como garantes de la
producción eléctrica del país, de afianzar el desarrollo de las ER. Tanto como mejora de su propio negocio como
de responsables de proporcionar o facilitar los medios de transporte y distribución necesarios para el desarrollo
racional y libre de las ER.
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Iberdrola, como líder mundial en Energías Renovables y mayor productor de energía eólica del mundo, se ha
comprometido claramente con los objetivos del protocolo de Kyoto y ha colocado las ER como pilar de su plan
Estratégico hasta el 2011 con más de 10.000 MW instalados.
3,494
3,193 MW
1,694
Figura 3 – Empresas productoras de energías renovables en el mundo (año 2005)
Iberdrola Ingeniería y Construcción (IBERINCO), como ingeniería del Grupo Iberdrola, está activamente
contribuyendo al desarrollo de las ER participando en los proyectos de implantación de ER que afronta Iberdrola
y en algunos de sus propios clientes más destacados.
Uno de los proyectos más destacados de Iberdrola ha sido el Centro de Operación de Energías Renovables
(CORE) en Toledo, Centro de Operación único en el mundo por su especialidad, tamaño y tecnología, y que
trataremos de describir y analizar su problemática en este artículo.
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2. PARA QUÉ UN CENTRO DE OPERACIÓN Y CONTROL
En general, en todos los procesos industriales geográficamente distribuidos, con un Centro de Operación y
Control mejoramos:
LA RENTABILIDAD
o
Reduce la necesidad de presencia de personal.
o
Automatización de las centrales.
o
Centralización de la operación, permitiendo el control y optimización de la producción.
o
Optimización de recursos dedicando el personal a las tareas de mayor realización personal y que aportan
mayor valor añadido.
o
Elevación del nivel tecnológico de las organizaciones de producción para el uso eficaz de las nuevas
aplicaciones de operación, gestión y mantenimiento.
LA EXPLOTACION
o
Acrecentando la seguridad de las instalaciones, personas y entorno
o
Vigilancia continua de las instalaciones, del negocio
o
Cambio cultural. Paso de Operación local y Mantenimiento a Producción y Mantenimiento.
o
Concentrar los recursos disponibles disminuyendo la dispersión (organización).
o
Armonización y homogeneización de las formas de operación. Definición de actuaciones y procedimientos
para el Telecontrol y Seguridad Industrial.
...y la propia integración del proceso en la empresa, en la red y, en definitiva, en la sociedad.
Y POR QUÉ DE RENOVABLES
Las energías renovables, a diferencia de las tradicionales, presentan dificultades a la hora de explotarlas de
forma intensiva pues, fundamentalmente, lo que históricamente se obtenía desde pequeñas instalaciones para
beneficio local, el incremento de la producción y la despoblación rural han hecho necesario aumentar su
transporte para llevar la energía a otros puntos de demanda. Sin olvidar las necesidades propias de instalaciones
ya bastante complejas: seguridad, alto nivel de instrumentación y mantenimiento especializado. Y todo esto
reduciendo en lo posible la presencia local humana, pues ésta incrementa los costes de forma importante y haría
peligrar la viabilidad económica de la explotación.
Así pues, a las primeras mejoras generales expuestas para un Centro de Operación y Control, el de Energías
Renovables, además, ayuda a compensar los desvíos introducidos en el transporte de la energía, los efectos
negativos de la propia desconcentración de los recursos renovables, la vulnerabilidad ante condicionantes
severos de su fuente (incidencias de red, rachas de viento, avenidas, etc.), las dificultades en la regulación y el
control de sistemas tecnológicamente nuevos, en desarrollo o poco conocidos, la necesaria desatención humana
local, la variabilidad impredecible de su fuente (“combustible”).
en definitiva, un CORE apoya el desarrollo de las Energías Renovables.
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3. PROBLEMÁTICA DE UN CENTRO DE OPERACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES
Las energías renovables presentan ciertas peculiaridades que se deben considerar a la hora de definir y diseñar
un Centro de Operación y Control, para que el proyecto sea viable tanto técnica como económicamente. Cabe
destacar:
Poca generación por planta y muy dispersa geográficamente
Lo que nos desvía del modelo habitual de Centros de Operación y Mantenimiento de plantas productoras de
energía convencional, incrementando la dificultad en las comunicaciones, pues éstas pasan a poner un peso en
coste importante en el proyecto. Había que buscar soluciones que permitan la transmisión de la información con
muy bajo coste, que no era lo usual, pues la producción de las plantas de producción convencional justifican
fácilmente, incluso obligan, a una inversión importante en comunicaciones.
Novedad y diversidad de tipos de Plantas Generadoras
Que implican nuevos procesos, nuevos problemas y retos, y baja experiencia en su operación. Esto nos fuerza a
plantear soluciones que faciliten al máximo, a los operadores, a familiarizarse con la planta, con sus interfases,
su documentación, con sus peculiaridades y le permita particularizar las aplicaciones de forma que disponga de
los mejores medios para hacer eficazmente su trabajo y mejorar el negocio.
Gran cantidad de información
Por lo general tenemos plantas cuya relación entre variables instrumentadas o calculadas y MW instalado es
muy alto. Para situarnos, como ejemplo, un aerogenerador de, más o menos, un MW de potencia, de los que
actualmente hay instalados en mayor cantidad puede tener unas 300 variables como mínimo (300
variables/MW). Una Planta Térmica tradicional de 300 MW no la conocemos que supervise más de 9000
variables, 30 variables/MW, y es más normal encontrarlas con relaciones de 10 variables/MW instalado.
Ahondemos un poco más en este problema. Si pensamos en un promotor medio-alto, con unos 500 MW
instalados, nos encontramos que si quiere supervisar o procesar de forma remota todas las variables de proceso
de su negocio, tendría que disponer de un sistema de información (normalmente se utilizan los sistemas
llamados SCADA 1 ) capaz de procesar unos 150.000 puntos en tiempo real.
Para hacernos una idea, este tamaño se corresponde a más del que tiene el SCADA utilizado para toda la
Distribución y Transporte de Iberdrola y cuyo coste, evidentemente, es absolutamente inabordable en el negocio
que nos ocupa.
Para el caso de Iberdrola, con un plan inicial de más de 3000 MW para el 2005, el análisis nos mostraba una
aplicación SCADA que fuera capaz de procesar más de un millón de variables en tiempo real.
Este simple análisis nos hizo, en Iberinco, reflexionar y reconsiderar para este caso, el de un Centro de
Operación de Energías Renovables (CORE) para Iberdrola, el uso de las tecnologías SCADA convencionales,
1
Supervisory Control And Data Acquisition, normalmente entendido como el conjunto de software, hardware y
comunicaciones que permite supervisar y controlar procesos desde un puesto remoto de operación sin necesidad
de inspeccionar o actuar directa y localmente sobre los instrumentos en campo.
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por otro lado ya ampliamente utilizadas y aceptadas en Iberdrola, y plantearnos el proyecto como un nuevo reto
tecnológico.
SOLUCIÓN BUSCADA
Para ello, iniciamos en Iberinco la investigación de una solución basada en las siguientes premisas:
o
El CORE debería ser un centro concebido para dar respuesta al ambicioso plan de crecimiento de
Iberdrola y, en general, del sector energético renovable. Por tanto debería ser capaz de crecer por
agregación, no por sustitución, y reduciendo al mínimo la indisponibilidad del Centro durante las
operaciones de mantenimiento o ampliación.
o
Utilización de productos y estándares de mercado pues, con sacrificio de funcionalidades especiales
de discutible necesidad, reduce costes y evita al máximo desarrollos propietarios que, más aún a la vista
del tamaño del sistema objetivo, complican el mantenimiento y evolución del sistema.
o
Aplicación gráfica mantenible, que minimice el esfuerzo en desarrollar y mantener la interfaz de
operación. Asustaba la idea de tener, por lo menos, 3000 pantallas gráficas para 3000 aerogeneradores.
o
Bases de datos orientadas a minimizar el tiempo y complejidad en la incorporación de las plantas,
sobre todo parques eólicos, al CORE.
o
Protocolo de comunicaciones óptimo que permitan reducir las inversiones en medios de
comunicaciones.
o
Gestión inteligente de alarmas, había que buscar soluciones que permitan que un proceso con
capacidad de generar miles de alarmas pueda ser razonablemente supervisado por un solo operador.
o
Base de datos histórica adecuada al tamaño de la información y necesidades de explotación.
o
Y, por supuesto, costes acorde al negocio de las energías renovables.
4. CENTRO DE OPERACIÓN DE ENERGIAS RENOVABLES (CORE)
Como resultado de los trabajos y estudios realizados, Iberdrola e Iberinco acometieron en enero de 2003 el
proyecto de un Centro de Operación y Mantenimiento de Energías Renovables que, en apenas 6 meses, permitió
operar los primeros 5 parques eólicos. A finales del mismo año el CORE operaba 27 parques y 3 Subestaciones.
Actualmente, el CORE opera más de 90 parques eólicos con casi 4000 aerogeneradores, 44 Subestaciones, 32
mini-hidráulicas y 1 planta fotovoltaica de 100 KW, con un total de 3494 MW instalados, incluyendo la
operación de parques en Brasil, Francia y, dentro de poco, Grecia. Todo ello supone más de un millón de puntos
o variables de proceso supervisadas en tiempo real, con sólo 2 operadores en turnos de 24 horas. Se trata pues de
la aplicación SCADA más grande del mundo.
Se estima que un centro como el CORE está permitiendo una mejora en la producción del orden del 1% por
reducción la indisponibilidad.
Las características más relevantes del Sistema utilizado en el CORE son reflejo de los criterios de diseño
establecidos inicialmente:
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•
Arquitectura distribuida, en red Ethernet y protocolo TCP/IP hasta campo, con capacidad de crecimiento
por agregación, desde una configuración mínima de un único servidor.
• SCADA distribuido en servidores agregables y configurables desde una base de datos única.
• Posibilidad de ir añadiendo servidores SCADA o puestos de operación según necesidades.
• Capacidad de configuración on-line.
Figure 4 – Arquitectura del CORE
•
Sistema Abierto basado en equipos y componentes estándar de mercado: en la solución se utilizan productos
de, según configuración, hasta tres fabricantes de reconocida experiencia en sistemas de tiempo real.
Además se utiliza extensivamente la tecnología OPC (OLE for Process Control) como protocolo de
comunicaciones y modelo de información estándar.
•
Herramienta gráfica Orientada a objetos, para la generación de sinópticos, con utilización de técnicas de
branching y herencia, lo que permite representar la información de distintos parques o aerogeneradores con
el mismo sinóptico u objeto. Estas características permiten disponer de un único formato de pantalla para
todos los parques y aerogeneradores y así se optimiza al máximo la configuración y el mantenimiento del
sistema.
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•
La base de datos des sistema es jerárquica y única, tanto para el SCADA como para las interfases del
protocolo OPC DA utilizado. Esto garantiza que los tiempos de configuración y pruebas para cada parque
sean mínimos.
Figure 5 – Base de Datos
•
La clave de la utilización óptima de las comunicaciones, con plantas o sistemas con gran cantidad de
información, es la utilización de protocolos que trabajan por excepción o cambio. El CORE utiliza como
protocolo el OPC DA v2.0, que trabaja por excepción y de forma muy eficiente, con un modelo de datos
asociado como “namespace” específicamente diseñado para el proceso eólico, aunque permite incorporar
cualquier otro, que es el más consumidor de variables. La gran ventaja de este protocolo es que la parte
“esclava” o servidor, residente en el parque, contiene toda la base de datos que, de forma idéntica o gemela,
está a su vez definida en el SCADA del CORE.
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•
Un sistema con cientos de miles de variables, de las cuales decenas de miles pueden generar alguna alarma,
con un proceso muy distribuido y gran cantidad de unidades generadoras diferentes requiere una gestión
muy óptima de las alarmas. El CORE utiliza dos gestores diferentes:
1. el propio del SCADA que, por su diseño avanzado, tiene de por sí características imprescindibles en
este proceso: filtrado de alarmas en tiempo real manual y automático asociado a un tipo de pantalla (p.
ej.: aerogenerador, parque, etc.)
2. un gestor avanzado que proporciona capacidades multimedia y facilidades para la gestión de brigadas
de operación y mantenimiento local. Permite la detección inteligente y segura de una alarma o
incidencia que merezca un tratamiento especial, su comunicación a unos determinados usuarios, según
su rol y calendario,
reconocimiento, activación de un determinado proceso automático o
procedimiento, etc.
•
•
•
•
•
SMS
E-mail
Fax
Voz
Un proceso con tanta información y, más aún, con tanta novedad y variedad tecnológica requiere un
tratamiento especial de los datos que se deseen almacenar de forma histórica. El CORE utiliza la mejor
tecnología existente en la actualidad para el tratamiento de series temporales minimizando la ocupación y el
retardo en su consulta.
En el CORE, actualmente, se realizan
las siguientes funciones principales:
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o
Operación tradicional: supervisión general de todas las instalaciones renovables, rearmado de
aerogeneradores, operación de subestaciones, gestión de alarmas y fallos, coordinación y aviso a
brigadas de mantenimiento, control de potencia en nudos críticos, vigilancia de instalaciones, informes
de operación, etc.
o
Conexión con el centro de control de régimen especial (CECRE) de REE para recibir consignas de
limitación de potencia y, de esta forma, facilitar que, aunque la potencia instalada sea muy grande, REE
mantenga la estabilidad y seguridad del sistema eléctrico nacional.
o
Supervisión y seguimiento de consignas de control de generación.
o
Corrección de la predicción de producción eólica, según disponibilidad de parques y aerogeneradores, y
su envío para su venta al mercado eléctrico de energía.
o
Supervisión y vigilancia de todos los equipos y comunicaciones, con especial cuidado en que la
información del proceso sea debidamente tratada y almacenada de forma segura.
o
Definición y validación de los procedimientos de operación y mantenimiento.
o
Supervisión de las brigadas de mantenimiento.
o
Validación y pruebas de nuevos emplazamientos.
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4. CONCLUSIONES
•
La energía renovable está altamente distribuida, los Centros de Control ayudan a su integración y mejora de
producción.
•
España es un país puntero en energías renovables no sólo por decisiones políticas, sino también por las
iniciativas empresariales y tecnológicas que han surgido a favor del desarrollo de las mismas.
•
Los Centros de Control para energías renovables van a permitir alargar el límite de penetración de las
mismas en el Sistema Eléctrico.
•
Los Centros de Control como el CORE ayudan a la promoción y desarrollo de las energías renovables.
REFERENCIAS
Eduardo Castañs Monteagudo
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IBERDROLA INGENIERIA Y CONSTRUCCIÓN, S.A.U. (IBERINCO)
Avda. de Burgos, 8B 8ª Planta - Edificio Génesis
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([email protected])
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http://www.iberinco.com
http://www.iberdrola.es
www.aeeolica.org
www.idae.es
www.opcfoundation.org
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