Mejora de la eficiencia de parques eólicos mediante el análisis de la información

Transcripción

1 Mejora de la eficiencia de parques eólicos mediante el análisis de la información Zaragoza, 2015 Ana Patricia Talayero Navales CIRCE Building / Ebro River Campus / Mariano Esquillor Gómez, 15 / ZARAGOZA Tfno. (+34) / Fax (+34) / web: / circe@unizar.es

2 Indice Índice 1. Introducción 2. Metodología y resultados 3. Software 4. Nuevas líneas

3 Introducción

4 Introducción Introducción Explotación Costes desarrollo 52% Costes explotación 48% Promoción, 9% Impuestos, Alquileres, otros, 11% Gastos financieros, 16% Aerogenerador es, 32% Construcción y Montaje, 11% Operación y Mantenimiento, 21%

5 Introducción Introducción Explotación Control del parque (mantenimiento, producción ) Verificación de la curva de potencia Facturación y gestión administrativa Obligaciones legales: cumplimientos de contratos (fabricante, red, privados ), alquiler de terrenos, pago de impuestos

6 Introducción Introducción Costes de explotación Concepto del coste Coste variable O&M Otros costes de explotación Coste Medio Explotación Cánones anuales (2% facturación) Coste Medio Total Explotación Valor estimado /Mwh 9.25 /Mwh 20.5 /Mwh 2.1 /Mwh 22.6 /Mwh

7 Introducción Introducción Explotación Externalización de servicios Control de la energía no producida

8 Introducción Introducción Explotación Reducción pérdidas energía

9 Introducción Introducción Explotación Variables Potencia instantánea individual y total del parque Energía acumulada Velocidad del viento Angulo de pitch Velocidad del generador Disponibilidad Estados del aerogenerador: marcha / pausa / emergencia Alarmas Precio energía

10 Introducción Introducción Explotación Control Sistema integrado de control telemando Centro control PE Centro control remoto Gestión de la información

11 Introducción Introducción Explotación Para conseguir estos objetivos se hace necesaria una supervisión del funcionamiento. Actualmente hay dos tendencias: Condition Monitoring Performance Monitoring

12 Introducción Introducción Explotación Condition Monitoring Registro en tiempo real de cada una de las partes sensibles del aerogenerador Aplicación de algoritmos complejos Método de difícil implementación Elevada inversión económica

13 Introducción Introducción Explotación Performance Monitoring Uso de datos provenientes del SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) No hay necesidad de instalación de otros equipos Reducción de la complejidad Basado en el estudio de la curva de potencia de cada aerogenerador Reducción de los costes 0

14 Introducción Explotación Objeto Análisis de la información existente para su fácil interpretación buscando la mejora de la explotación de los parques eólicos Conocer el funcionamiento de cada uno de los aerogeneradores Mejorar el mantenimiento de las máquinas llegando a detectar errores antes de que sucedan Optimizar su rendimiento Ajustar los balances económicos del proyecto Estimar la predicción de la producción con mayor seguridad

15 Introducción Mejora en el rendimiento del parque eólico 97% 5% 92% Considerando un parque típico (50 MW) y 0.50 $/kwh $

16 y Resultados

17 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros

18 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros

19 Metodología Alarmas Representan el estado del aerogenerador. Se recogen dentro del SCADA del parque eólico. Necesitan standarizar su nomenclatura. Definición de prioridad de alarmas. Habitual alarmas simultáneas. Se clasifican según su naturaleza o efecto. Ayuda en el tratamiento y caracterización de la curva de potencia de cada aerogenerador.

20 Alarmas Pre-tratamiento Nombres de Alarma SCADA Names 831 SWDS High Wind:12.0m/s dir: SWDS High Wind:12.9m/s dir: SWDS High Wind:12.0m/s dir: SWDS High Wind:12.0m/s dir:315 Standard Name 831 SWDS High Wind Necesitamos el mismo nombre en el registro. Correcto reconocimiento de las alarmas y resultados estadísticos.

21 Alarmas Pre-tratamiento Simultaneidad de las Alarmas. Prioridad/Severidad SCADA Data WTG Standarized Alarm Start Date End Date Priority Code Disparo proteccio estator 01/02/ :26:51 01/02/ :05: Aerogenerador en EMERGENCIA 01/02/ :26:51 01/02/ :05: Apertura proteccion estator 01/02/ :26:51 01/02/ :05: Fallo magneto estator 01/02/ :26:51 01/02/ :05: Sobretension de crowbar 01/02/ :26:51 01/02/ :31: Fallo de tension de red 01/02/ :26:51 01/02/ :05: Sobretension hardware 01/02/ :26:51 01/02/ :05: En caso de simultaneidad de alarmas, la más prioritaria se define con criterios

22 Metodología Alarmas Clasificación de Alarmas

23 Alarmas Resultados

24 Resultados Alarmas Resultados Codigo de Alarma Ocurrencias Duracion (h) Perd. (MWh) 68 Tower vibration above limit Generator over speed Limitaciones Bla 1 IPS not active in blade state stop ok SS4 Generator overspeed detected by converter Tower vibration above limit Bla 3 IPS not active in blade state stop ok

25 Alarmas Resultados Ocurrencias Discrepancia generador rotor 500 Temperatura devanados Disparo térmico motor de Alta temperatura aceite m Fuera de rango en desl Error accionamiento pitch 2231 Error IGBT fase T de inv Fallo K52 rotor 700 Error comunicación PLC Error IGBT fase S de inv Discrepancia generador r Temperatura devanados Disparo térmico motor de... Tiempo de parada (h) Pérdidas (MWh) 2248 Fuera de rango en desl Alta temperatura aceite mu Error accionamiento pitch 2231 Error IGBT fase T de inv Fallo K52 rotor 700 Error comunicación PLC Error IGBT fase S de inv Discrepancia generador r Temperatura devanados Disparo térmico motor de Alta temperatura aceite mu Fuera de rango en desl Error accionamiento pitch 2231 Error IGBT fase T de inv Fallo K52 rotor 700 Error comunicación PLC Error IGBT fase S de inv... 25

26 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros

27 Pretratamiento de los datos - Objetivo: obtener un fichero con un formato estándar, sin huecos de información y eliminando valores erróneos.

28 Metodología Curvas Potencia - Velocidad Curvas generadas a partir de los datos de velocidad y registrados en el SCADA del parque cada 10 minutos.

29 Metodología Curvas Potencia - Velocidad Análisis de Pot-V de cada aerogenerador del Parque Eólico

30 Resultados Curvas Potencia - Velocidad Detección de anomalías realizando un seguimiento del rendimiento de los aerogeneradores 14/04/2015

31 Introducción Curvas Potencia - Velocidad No alcanza la potencia nominal Pérdida de pendiente en vientos más frecuentes Detección de limitaciones y comportamientos anómalos

32 Curvas Potencia - Velocidad Resultado: Curva promedio CdF Conocimiento del funcionamiento real del aerogenerador Estimación correcta de la predicción de la producción Ajuste en la cuenta de resultados del proyecto

33 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros 14/04/2015

34 Metodología Información adicional Además de los datos del SCADA del parque, se puede incluir la siguiente información: Informes de Mantenimiento y partes de incidencias Datos de la torre meteorológica de explotación Informes con las imposiciones de la red de distribución Datos de curva verificada 14/04/2015

35 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros 14/04/2015

36 Tratamiento - Identificar, clasificar y marcar Comportamientos anómalos : - Velocidad errónea. - Potencia anómala. - Limitaciones de potencia - Alarmas/Alarmas no registradas

37 Tratamiento - Filtrado: - Manual - utilizando hojas de calculo (ej: Excel). - Estadístico a partir de la curva de fabricante, comportamiento histórico o el promedio del periodo de estudio (WindSEPE).

38 Tratamiento Marcado de Alarmas: - Se cruza listado de alarmas con el fichero de VyP. - Alarmas no registradas periodos en lo que la máquina está parada para velocidades superiores a la de arranque sin que se haya registrado ningún evento en el Log Book de alarmas

39 Tratamiento - Marcado de Alarmas en huecos de datos: - Se deja potencia nula y se regenera datos de velocidad.

40 Tratamiento - Velocidades anómalas heladas

41 Tratamiento - Velocidades anómalas cambio anemometría de góndola

42 Tratamiento - Limitación de potencia

43 Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros

44 Metodología Estimación de pérdidas Se estiman las perdidas de cada uno de los puntos anómalos o con alarma respecto al histórico de comportamiento Pérdidas = P b_histórica P registrada (kw, 10min)

45 Resultados Estimación de pérdidas Control del rendimiento de cada aerogenerador y análisis de pérdidas de producción

46 Resultados Disponibilidad por aerogenerador Control de la disponibilidad de cada aerogenerador en comparación con la disponibilidad contractual.

47 Metodología Alarmas Pot-V Tratamiento Cálculo Producción y Pérdidas Informe Resultados Otros

48 Resultados Informe resultados Pérdidas por Alarmas: porcentaje de pérdidas por alarmas respecto a la producción total Pérdidas por comportamiento anómalo: tiempo en que la maquina produce menos de lo esperado pero no hay alarma asociada Pérdidas por limitación: pérdidas debido a que la maquina satura a una potencia máxima inferior a la nominal La clasificación de las pérdidas puede hacerse personalizada para cada proyecto.

49 Resultados Informe resultados Disponibilidad: tiempo en el que la máquina está en funcionamiento normal. Datos útiles: porcentaje de datos validados por el técnico, sobre los que se hace el estudio. Éste debe ser alto, da fiabilidad al informe Producción: producción una vez validados los datos y regenerados si procede. Producción esperada: útil mas toda las pérdidas. Lo que debería haber producido la máquina Rendimiento de la máquina: cociente entre la Producción y la Producción esperada

50 Software

51 WindSEPE Funcionalidades Tratamiento de alarmas Tratamiento de datos de velocidad de Viento y Potencia Análisis básico de datos meteorológicos Herramientas de filtrado automático (ajustable). Análisis y cálculo de variables necesarias para el estudio del funcionamiento de un parque eólico. Salidas: oen formato txt: para análisis detallado o Informe pdf standard.

52 WindSEPE Salidas de Programa Producción. Grupos de Pérdidas energéticas Tasa de Rendimiento Curvas de Potencia Medias Evolución mensual de las pérdidas Clasificaciones y estadísticos de Alarmas Disponibilidades Análisis de datos meteorológicos

53 WindSEPE Ámbito de Trabajo Diferentes necesidades oestudios automáticos orientados a O&M (SEPE) Fácilmente interpretables, lenguaje común. oestudios Especiales. Auditorias Análisis de problemas concretos. Seguimiento de alarmas concretas Condiciones extremas: Hielo, intensidad de turbulencia, sectores Cumplimiento contrato: Disponibilidad, curva de potencia Producción esperada Anomalías de la curva de potencia, bajo rendimiento

54 Nuevas Líneas y tendencias

55 Nuevas líneas Unificar toda la información de los diferentes SCADA s y garantizar la cadena de medida Estandarizar la información según Unificar métodos de cálculo Integrar la información en despacho Información accesible, capacidad de control o o Clientes WEB OPC Predictivo basado en SCADA Metodología específica para el cálculo de incertidumbres Integrar información económica

56 M U C H A S G R AC I A S P O R S U AT E N C I Ó N Roberto Lázaro. rlg@fcirce.es Tel.: [+34] circe@unizar.es