Nueva tecnología para turbinas eólicas en redes débiles

A finales del pasado mes de marzo, Mondragon Unibertsitatea inauguraba un nuevo laboratorio de media tensión en sus instalaciones en la localidad guipuzcoana de Arrasate-Mondragón, que se convertirá en referente en Europa en la transformación y mejora del sector eólico.

Los nuevos equipos instalados, que amplían la capacidad del laboratorio de media tensión que la Universidad puso en marcha en 2006, permitirán llevar a cabo distintos ensayos con los que ampliar el mercado de la instalación de aerogeneradores en zonas con redes débiles. Concretamente, el nuevo equipamiento tendrá capacidad para testear máquinas rotativas de hasta 8 MW de potencia nominal y validar códigos de red en media tensión de 20 kV.

Su puesta en marcha forma parte del proyecto europeo FASTAP, impulsado por la propia Universidad, el fabricante español de aerogeneradores Siemens Gamesa, el fabricante alemán de semiconductores Infineon y el fabricante alemán de transformadores SGB-SMIT, con el objetivo de optimizar las capacidades eléctricas de las turbinas con tecnologías que aumenten hasta un 5% la producción de energía anual, reduzcan un 5,5% el coste de apalancamiento de la energía eólica y reduzcan las emisiones de CO2. Cofinanciado por la UE dentro del programa de investigación e innovación Horizonte 2020, el desarrollo del laboratorio ha requerido una inversión de dos millones de euros.

“Todo empezó en 2016”, indica a elEconomista Energía Fernando Santodomingo, director de Proyectos de I+D en Siemens Gamesa y director del proyecto FASTAP. “En ese momento teníamos que validar una máquina, la 2,5 MW de Gamesa, que pudiera superar los picos de tensión que exigen los códigos de red de México y Brasil para poder operar en ambos países. Los requisitos de sobretensión que nos pedían eran muy altos y necesitábamos ser capaces de seguir inyectando potencia, subiera lo que subiera la tensión”, relata Santodomingo.

“Esta circunstancia -continúa Santodomingo- coincidió con las pruebas que el laboratorio de Mondragón estaba haciendo en un transformador de la máquina 850 kW de Gamesa con unos tiristores. Fue entonces cuando vimos la posibilidad de integrar los tiristores en un transformador y regular tensión, y preparamos un equipo que pudiera replicar los picos de tensión que nos exigían en México y Brasil”.

Todo funcionó tan bien que, en 2018, empezaron a valorar poner en marcha un proyecto para incluir de serie esta tecnología en sus aerogeneradores. “Gracias a esta tecnología, es posible reducir los costes de inversión en los parques y mantener o aumentar su rendimiento en redes débiles, de manera que cuanto más débil sea la red, mayor es el ahorro”, explica Santodomingo.

En 2020 consiguieron la subvención europea que les permitía llevar esta tecnología desde el nivel TRL5 al TRL8, que es el nivel comercial. Actualmente han desarrollado seis patentes en esta tecnología: cuatro propiedad de Siemens Gamesa y dos propiedad al 50% de Siemens Gamesa e Infineon.

La aportación de Infineon al proyecto es la tecnología de tiristores activados por luz (LTT) para media tensión. El uso de tiristores en lugar de interruptores mecánicos reduce el esfuerzo de mantenimiento y permite una conmutación más rápida. Además, no se requiere aislamiento eléctrico adicional porque los LTT se activan mediante luz transmitida por fibra óptica. Su carcasa herméticamente sellada, permite que el LTT, a diferencia de la mayoría de los tiristores, también se pueda instalar en transformadores sumergidos en aceite.

SGB, por su parte, aporta un transformador de tipo seco de resina fundida, cuya potencia durante la prueba es de unos 7,4MVA, un peso aproximado de 19 t y una dimensión de 4x2x3 metros. El transformador se puede ajustar a varios niveles de tensión principal (30/20/15kV) para simular diferentes redes de media tensión, aunque en sus niveles principales se puede regular más finamente para simular el comportamiento y los fallos de la red. SGB también provee los prototipos del transformador FASTAP que se instalarán en los aerogeneradores de validación de SGRE para las plataformas 4.X (transformador de tipo seco) y 5.X (transformador de aislamiento en aceite).

El proyecto finaliza en abril de 2024

El nuevo laboratorio tiene 700 metros cuadrados de superficie y cuenta con dos zonas de ensayos independientes. “Por un lado está la zona de baja tensión/baja potencia (BTBP), de 100 m2, dividida, a su vez, en dos áreas: una de prueba destructiva y otra de prueba convencional. La segunda zona, de 600 m2 y destinada a media tensión/alta potencia (MTAP), está dividida en cuatro áreas: dos de testeo independientes de 10MVA y 4MVA, respectivamente, donde realizamos ensayos de máquinas rotativas hasta esos niveles de potencia y validamos códigos de red; un área de contenedores con espacio suficiente para introducir equipos del propio cliente o alquilados a terceros para dichas validaciones; y una sala de transformadores”, explica Manex Barrenetxea, responsable del laboratorio.

El proyecto FASTAP se encuentra actualmente en fase de validación de la tecnología en laboratorio para, posteriormente, pasar a la fase de validación en aerogenerador. “Empezaremos las pruebas en el laboratorio de Mondragón entre mayo y junio de este año en un prototipo de transformador seco. En julio tenemos planeado integrarlo en el prototipo de la plataforma Siemens Gamesa 4.X que tenemos en el Parque Eólico Experimental de CENER en la sierra de Alaiz (Navarra) para empezar las pruebas en agosto. Entre agosto y diciembre está planeada la campaña de certificación, relata Santodomingo.

Asimismo, “tenemos también un prototipo de transformador en aceite para la plataforma Siemens Gamesa 5.X, cuyas pruebas en banco está planeado empezarlas en septiembre. En noviembre lo llevaremos a Alaiz para tenerlo instalado antes de Navidad, donde permanecerá hasta marzo de 2024. El proyecto finalizará en abril de 2024, después de conseguir todos los papeles de certificación. A partir de ese momento, empezará la fase comercial”, concluye el representante de Siemens Gamesa.

El laboratorio de media tensión podrá ser usado por empresas no ligadas al proyecto para realizar testeos y ensayos de sus equipos, en el que también se podrán validar sistemas de generación de tipo fotovoltaico, sistemas de almacenamiento, etc.