Energía eólica: los problemas más comunes de las tomas de tierra

Energía eólica: los problemas más comunes de las tomas de tierra

La industria eólica es una de las energías renovables más competitivas en costes a nivel mundial. En un mundo cada vez más interconectado, el sector debe seguir innovando, por ejemplo a través de la transformación digital. Las tecnologías inteligentes colaboran en la resolución de los problemas a los que, por sus características y ubicación, se enfrentan los parques eólicos en relación con los sistemas de puesta a tierra. Por ello, Aplicaciones Tecnológicas S.A. ofrece servicios profesionales para estudios geoeléctricos y proyectos de puesta a tierra 4.0. Además, Smart Earthing Monitoring System permite la monitorización centralizada y desatendida de los sistemas de puesta a tierra de los aerogeneradores y de la subestación del parque eólico.

El Consejo Global de la Energía Eólica (GWEC) en su Informe Eólico Global 2023 señala que nos enfrentamos a una crisis energética derivada de los altos precios de la energía que está sufriendo el mundo desde la pandemia del COVID-19 y también tras la invasión rusa de Ucrania. Según la organización, la crisis es consecuencia del aplazamiento de la transición energética que, además, se está llevando a cabo de forma aleatoria. Como resultado, los mercados siguen dependiendo de la volatilidad de los combustibles fósiles, sujetos a presiones geopolíticas y a prácticas anticompetitivas.

Las energías renovables son la forma más eficiente de lograr autonomía y seguridad energéticas, reducir los costes de la electricidad y descarbonizar los sistemas energéticos. La demanda de energías renovables sigue creciendo y la mayor parte de este crecimiento procede de los sectores eólico y solar fotovoltaico.

En junio de 2023, la industria eólica alcanzará el hito de 1 teravatio (TW) de capacidad mundial instalada en sus más de 40 años de desarrollo. Durante estas cuatro décadas, ha demostrado que es una tecnología con un alto nivel de resiliencia y madurez, siendo una de las fuentes de energía más competitivas en costes. Como tal, las predicciones del mercado apuntan a que desempeñará un papel único en la transición energética.

Por otro lado, las previsiones actuales apuntan a un crecimiento exponencial, de forma que en sólo 7 años se desplegará la misma capacidad que la instalada en los últimos 40 años.

El Informe Eólico Mundial 2023 subraya que el sector eólico debe demostrar que puede seguir innovando en un mundo cada vez más interconectado.

En el Informe Eólico Global 2022 del año anterior, se hacía mucho hincapié en la innovación tecnológica como uno de los principales motores de la reducción de costes que está detrás de su liderazgo, junto con la energía solar fotovoltaica, en el sector de las energías renovables. En este informe, se presta especial atención a la digitalización porque converge con la descarbonización en la rápida transformación digital del sistema energético.

El sector está experimentando con Big Data para gestionar la demanda, mejorar la previsibilidad de los patrones meteorológicos y la respuesta renovable, y permitir a los consumidores convertirse en prosumidores.

Tanto la digitalización como la IA están mejorando el rendimiento de los activos renovables, reduciendo los costes operativos y el coste nivelado de la electricidad (LCOE). La IA puede optimizar la producción y utilizar algoritmos para detectar posibles fallos en los equipos y realizar un mantenimiento predictivo antes de que se conviertan en problemas graves.

En Aplicaciones Tecnológicas somos conscientes de que las tecnologías inteligentes y la digitalización son el futuro y, por ello, las hemos incorporado a nuestras áreas de especialización, como es el caso de los sistemas de puesta a tierra. En este artículo, hablamos de cómo las soluciones de productos y servicios de nuestra cartera resuelven los problemas de los sistemas de puesta a tierra, optimizando la seguridad y la eficiencia financiera operativa de los activos del sector eólico.

Servicio de estudios geoeléctricos para optimizar el diseño de un sistema de puesta a tierra

La resistividad eléctrica local es un parámetro crítico para la resistencia de puesta a tierra de los aerogeneradores. La medición de la resistividad del suelo es entonces necesaria para diseñar un sistema de puesta a tierra seguro, ya que los aerogeneradores se distribuyen en amplias zonas con diferentes tipos y características del suelo.

Sin embargo, debido al espaciado entre aerogeneradores, las características del suelo de un lugar a otro pueden diferir. Por lo tanto, la solución en un caso puede no cumplir los requisitos en otro.

En estas zonas, un diseño adecuado e individualizado del sistema de puesta a tierra es esencial para garantizar los niveles de seguridad requeridos (tensión de paso y de contacto), así como el valor de la resistencia de puesta a tierra.

Preferiblemente, la resistividad debe medirse en aquellos puntos en los que se instale un aerogenerador que, en caso de avería, pueda generar un flujo de corriente peligroso para la instalación de puesta a tierra.

Sin embargo, diseñar un sistema de puesta a tierra sin valores reales de resistividad puede presentar un riesgo para la seguridad debido al uso de valores tabulados, que pueden ser optimistas en algunos casos.

En Aplicaciones Tecnológicas S.A. hemos desarrollado un método que optimiza la toma de medidas para el estudio geoeléctrico del proyecto de parque eólico. Nuestro servicio profesional utiliza tecnología inteligente y comunicaciones IoT. La información proporcionada por el estudio se utiliza para determinar el trazado, profundidad, número y tipo de elementos del sistema de puesta a tierra. De este modo, se pueden cumplir los requisitos iniciales del proyecto, tanto normativos como de seguridad y funcionales.

Los problemas más comunes de los proyectos de sistemas de puesta a tierra en parques eólicos

Los sistemas de puesta a tierra de los parques eólicos, como los de cualquier sistema eléctrico, deben garantizar el funcionamiento eficaz de los dispositivos de protección y evitar gradientes de tensión en caso de avería que puedan causar daños a los equipos o poner en peligro la vida de las personas.

La instalación de sistemas de puesta a tierra en los parques eólicos suele estar limitada por factores topográficos. Estos factores dificultan el dimensionamiento adecuado del sistema de puesta a tierra para lograr la baja resistencia a tierra de cada aerogenerador y la resistencia global del parque eólico. El principal reto al que se enfrentan las empresas de ingeniería y arquitectura es encontrar el mejor compromiso entre propiedades técnicas y costes, en función de la aplicación específica del sistema en un terreno determinado.

Por lo tanto, se requieren conocimientos expertos en la realización del proyecto de puesta a tierra para garantizar la eficacia, seguridad y fiabilidad de los sistemas de puesta a tierra. Un diseño y una ejecución correctos evitan las graves consecuencias mencionadas. Además, cualquier adaptación posterior se complica cuando la instalación está enterrada.

Aplicaciones Tecnológicas S.A. ofrece un servicio profesional de diseño de puestas a tierra 4.0. Nuestro servicio se diferencia por el valor añadido de la tecnología inteligente en la monitorización de las puestas a tierra. La tecnología SEMS (Smart Earthing Monitoring System), que explicaremos en el siguiente apartado, permite la transformación digital de las puestas a tierra para la seguridad y continuidad del servicio.

El servicio profesional de proyectos de sistemas de puesta a tierra 4.0 se basa en un equipo técnico de expertos junto con herramientas informáticas de última generación.

Sistema inteligente de monitorización de la puesta a tierra 4.0

La monitorización del sistema de puesta a tierra permite optimizar la seguridad y los costes de verificación de la puesta a tierra de la estructura. Esto incluye la verificación periódica reglamentaria, la identificación de conexiones incorrectas, la continuidad de las pantallas de los cables de alimentación y la verificación de la continuidad del cable de tierra (evaluación de roturas, vandalismo, etc.). Por otro lado, la verificación de la puesta a tierra de los equipos eléctricos facilita la verificación de los conductores de tierra de los cuadros y estructuras eléctricas.

Smart Earthing Monitoring System, desarrollado por Aplicaciones Tecnológicas S.A., es el sistema de tratamiento distribuido y monitorización centralizada de puntos de puesta a tierra. Funciona empleando la recogida de datos con sensorización distribuida. Esta información se transmite mediante conectividad IoT al centro de datos seguro. El avanzado algoritmo de inteligencia artificial la procesa para proporcionar diagnósticos precisos que el usuario recibe en forma de alertas multicanal objetivas.

En definitiva, el Smart Earthing Monitoring System convierte la toma de tierra en un enorme sensor para alertar a distancia sobre el funcionamiento de la instalación. Además, nuestra tecnología SEMS se aplica tanto a parques eólicos planificados como operativos.

SEMS puede determinar la distribución de corriente en los distintos nodos de la red, discriminar con precisión la resistencia de puesta a tierra del activo monitorizado y evaluar el estado de las pantallas de los cables de alimentación.

La industria eólica se encuentra en un estado de rápido crecimiento. Este se acelerará a medida que intente cumplir el Acuerdo de París, así como alcanzar la autonomía energética sin depender de la geopolítica de los combustibles fósiles. En su proceso de innovación continua, las tecnologías inteligentes se alían para resolver los problemas específicos de esta industria.

Las soluciones de Aplicaciones Tecnológicas S.A. colaboran en la resolución de las dificultades relacionadas con los sistemas de puesta a tierra de los parques eólicos para lograr la máxima seguridad y eficiencia operativo-financiera que garantice el cumplimiento del retorno de la inversión (ROIs).

Si desea obtener más información sobre los problemas de puesta a tierra a los que se enfrenta el sector y cómo las tecnologías inteligentes pueden resolverlos, puede ponerse en contacto con nuestros expertos en el siguiente enlace.

Referencias

Deshagoni, R. G. Design and Analysis of Earthing System for Wind Turbine Generators from Lightning Discharge Currents. (Universidad Victoria de Wellington, 2020). doi:10.26686/WGTN.17143826.V1

Esmaeilian, Shayegani Akmal, y Salay Naderi, "Wind Farm Grounding Systems Design Regarding the Maximum Permissible Touch & Step Voltage". 2012 11th International Conference on Environment and Electrical Engineering (2012), p. 74-79

Hansen, Østergaard, y Christiansen, "System Grounding of Wind Farm Medium Voltage Cable Grids". En Nordic Wind Power Conference (NWPC) 2007

Kontargyri, Gonos, y Stathopulos, "Study on Wind Farm Grounding System". IEEE Transactions on Industry Applications (2015), 51 (6), p. 4969-4977

Lorentzou, Hatziargyriou, y Papadias, "Análisis de los sistemas de puesta a tierra de aerogeneradores". Conferencia electrotécnica. MELECON 2000. 10th Mediterranean (2000), 3, p. 936-939