Los Sistemas de Monitorización del Estado (CMS o Condition Monitoring System) de los parques eólicos se han convertido en una herramienta indispensable y en una inversión esencial para las flotas de turbinas eólicas tanto nuevas como antiguas. Sin un sistema adecuado los propietarios y operarios de los parques eólicos desconocen cualquier problema (actual o futuro) en la salud de sus activos.
Históricamente, los activos más antiguos no contaban con sistemas de CMS de monitorización. El elevado gasto de Inversión (CAPEX) de aquellos equipos hacían que los propietarios de parques no los instalasen, a pesar de los beneficios que se obtenían: más datos del estado, mejora de la productividad, reducción de las actividades y gastos de Operación y Mantenimiento.
En este artículo, escrito por Dr. Ashley Crowther, Global Vice-President de ONYX Insight , y Dr. John Coultate, Head of Product Development de ONYX Insight, analizamos cómo la Tecnología de Sensores de última generación ha cambiado la forma en la que recopilamos datos en la industria eólica.
Bajando los costes
ONYX ha conseguido bajar los precios de los CMS utilizando la última generación de sensores MEMS (Micro-Sistemas Electro-Mecánicos o Micro Electro-Mechanical Systems por sus siglas en inglés) combinándolo con edge computing de bajo coste.
En este artículo se explicará cómo se usan los sensores MEMS en la industria eólica, cómo la monitorización del estado ha impactado el mercado, y por qué la tendencia de CMS de última generación irá al alza, impulsando mejores estrategias de Operación y Mantenimiento (O&M).
¿Qué es la tecnología MEMS?
Los sensores MEMS son dispositivos microscópicos que se componen de partes como microsensores, microprocesadores, microactuadores, unidades para el procesamiento de datos y piezas que pueden interactuar con elementos exteriores. En resumen, es una máquina en miniatura que tiene componentes mecánicos y electrónicos.
Se les denomina MEMS porque su tamaño está directamente relacionado a escalas milimétricas. La dimensión de un MEMS puede oscilar entre varios milímetros y menos de un micrómetro (una dimensión menor que el ancho de un cabello humano).
Fueron comercializados por primera vez en la década de los 80 y en la actualidad se producen en masa ya que están integrados en una gran variedad de aplicaciones industriales y electrónica para el hogar.
El impacto de sensores y elementos electrónicos a nivel micro, proporciona soluciones de bajo consumo de energía, reducción en el tamaño de los componentes, mayor ancho de banda, y mejora la calidad y funcionalidad de los dispositivos en los que se integran de múltiples sectores (Electrónica de Consumo, Medicina, Automoción, Comunicación, Procesamiento de Datos, Procesos Industriales, Industria Aeroespacial, Defensa, etc.)
Sin darnos cuenta, la mayoría de las personas interactuamos con MEMS a diario. Están ampliamente integrados en múltiples dispositivos y sistemas, siendo un elemento esencial del mundo conectado.
Cada automóvil nuevo que sale de una cadena de montaje tiene al menos 50 MEMS. Se integran, entre otros muchos componentes, en los sistemas de seguridad, como los airbags, el control electrónico de estabilidad o los sistemas de control de la presión de los neumáticos.
El interior de nuestro móvil está repleto de sensores. Los MEMS ayudan a los smartphones y tablets a reconocer su ubicación en el espacio; lo que significa que son capaces de rotar automáticamente la orientación de la pantalla según la forma en que el usuario la sostenga en sus manos. Los sensores también encuentran su campo de aplicación en los ordenadores portátiles, relojes inteligentes, consolas de videojuegos y relojes deportivos.
Con todas estas aplicaciones, se estima que se producen más de 10 billones de sensores MEMS a nivel global al año.
¿Cómo los MEMS están transformando la monitorización de las turbinas eólicas?
ONYX es pionera en su uso en sistemas de monitorización para turbinas eólicas y ha integrado esta tecnología (que está desbancando a otras más antiguas, más caras y menos versátiles) en ecoCMS.
Los MEMS permiten recopilar analítica avanzada de forma económica, en un mayor número de activos que antes. Hasta la fecha, ecoCMS ha sido instalado en decenas de modelos de turbinas diferentes.
Cada instalación requiere el desarrollo de una detallada orden de trabajo. Esta describe el proceso para una instalación segura, incluyendo la localización de los sensores, el tendido de cables, la instalación eléctrica e instrucciones de montaje. ONYX ya tiene disponibles instrucciones de trabajo personalizadas para todos los modelos de turbinas más comunes del mercado.
Incluso hoy en día, muchos activos cuentan con los llamados CMS “de herencia” que ya no cuentan con el soporte de los fabricantes y donde en muchas ocasiones los propietarios son incapaces de descargarse la información. Además, estos no cumplen con los requisitos y especificaciones de datos necesarios. Básicamente, están basados en tecnología anticuada con elevadas tasas de fallo, debido a maquinaria móvil como ventiladores y disco duros rotativos.
Para hacer frente a estos problemas, ONYX utiliza una tecnología más económica y actualizada, impulsando a que los propietarios de estos parques reemplacen sus anticuados CMS por estos equipos de nueva generación – ya hay muchos propietarios que están reemplazando los CMS “de herencia” por el CMS de última generación, ecoCMS.
“Los sensores MEMS son equipos mircroscópicos de alta tecnología, fundamentales para la obtención de datos de alta calidad”
¿Cómo un incremento en el uso de edge computing de última generación está facilitando un nuevo enfoque para la Operación y Mantenimiento (O&M) en la industria eólica?
Instalar un CMS avanzado en una flota de turbinas trae consigo un gran número de ventajas. Quizá la más significativa sea que abre la posibilidad para el mantenimiento predictivo de activos que antes no producían datos de calidad. Utilizando herramientas de Inteligencia Artificial (AI), y con el partner adecuado, se pueden reducir costes de O&M en hasta un 30%.
Mejorando el mantenimiento predictivo se aumenta la disponibilidad de los equipos, permitiendo una planificación de las tareas de mantenimiento preventivo.
Unos de los clientes de ONYX, que es uno de los operadores más grandes en EEUU, instaló ecoCMS en 50 turbinas. En cuestión de días, ONYX detectó 10 fallos en el tren de potencia, que más tarde fueron confirmados y reparados con antelación suficiente para evitar un fallo catastrófico, permitiendo considerables ahorros en tiempo y dinero. Después de este éxito, el cliente decidió instalar ecoCMS en otras 300 turbinas.
Beneficios clave
Estos son los tres beneficios principales para propietarios y operadores de parques eólicos al poner en marcha un programa de mantenimiento predictivo después de instalar un sistema avanzado de CMS como ecoCMS:
1. Optimización de los Programas de Reparación
Los costes de logística son una parte importante en el presupuesto de O&M de un parque. Con una mejor visión del estado de salud de los activos, los operadores pueden tener un enfoque estratégico para los trabajos de reparación, consolidando tareas y coordinando horarios en función de la ubicación.
Estos gastos se pueden escalar rápidamente. A mayor plazo de detección previo a la rotura del componente, más coordinación podrá haber para gestionar y realizar operaciones con, por ejemplo, la contratación de grúas. Si reparamos el rodamiento principal en una turbina y en una cercana la caja multiplicadora (daños detectados con ecoCMS), el ahorro puede ascender a 300.000 €.
Con ecoCMS somos capaces de detectar, meses antes de que suceda, cuándo un componente (multiplicadora, generador, rodamiento, etc.) va a tener un problema. Esto nos permite aportar valor para que la reparación y/o reemplazo de los componentes se pueda planificar antes de que sucedan fallos catastróficos.
2. Extensión de la vida útil
Si al inicio del ciclo de vida de la turbina, implementamos una estrategia de mantenimiento predictivo, la vida útil de la turbina se puede incrementar hasta un 25%.
Para activos antiguos cuyo periodo de garantía ha expirado y la inversión inicial ha sido recuperada, 4 o 5 años adicionales de operación pueden aportar una rentabilidad adicional a los propietarios.
3. Reducción de tiempo de parada
El mantenimiento imprevisto y no programado puede afectar seriamente la rentabilidad de un activo, especialmente cuando este ocurre en la temporada alta de viento. A través del mantenimiento predictivo y el diagnóstico temprano, los equipos de ingenieros podrán organizar el mantenimiento y las reparaciones con suficiente tiempo de antelación antes de que las roturas y los fallos sucedan.
Así podremos obtener largos plazos de entrega de repuestos y precios más favorables, consiguiendo un ahorro adiciona de hasta un 17% en el presupuesto de OPEX.
Mejores datos para plataformas analíticas y científicos de datos
ecoCMS es parte de una nueva generación de tecnología avanzada de Monitorización del Estado que permite edge computing flexible.
El envío de todos los datos generados por dispositivos a un centro de datos centralizado o al cloud causa problemas de ancho de banda y latencia. Edge computing ofrece una alternativa más eficiente: los datos se procesan y analizan más cerca del punto en el que se crean.
La mayoría de los CMS tienen un coste fijo o heredado para su configuración que es difícil de cambiar. Esto no cumple con las demandas del mercado de las energías renovables, que cada vez más están poniendo en marcha plataformas analíticas y construyendo equipos de “análisis de datos”.
Con flexibilidad en cuanto a cómo los datos son grabados y pre-procesados, el propio analista puede refinar las diferentes entradas para los modelos de Machine Learning, lo que normalmente marca la diferencia entre un algoritmo ineficaz y uno altamente valioso.
El sistema permite un análisis de datos más rápido y completo, creando la oportunidad de obtener información más detallada y tiempos de respuesta más rápidos.
Dr Ashley Crowther, Global Vice-President & Dr John Coultate, Head of Product Development
ONYX Insight
ONYX Insight participa el próximo jueves 30 de septiembre en la jornada de AEE sobre Análisis Operativo de Parques Eólicos, con una ponencia presentada por José Morais, Regional Manager MED & LATAM de ONYX Insight, que analizará cómo centralizar los flujos de datos para tomar mejores decisiones de operación y mantenimiento y una gestión de flota escalable.
No te pierdas esta jornada en la que contaremos con más de 30 ponentes que analizarán los aspectos claves para la mejora operativa de los parques eólicos, compartiendo experiencias y conocimiento en un programa de conferencias que incluye 7 sesiones. Más información en este enlace.