Caso de estudio: Asegurando la lubricación crítica en aerogeneradores durante escenarios de corte de red
Un enfoque basado en el CBS-10K HV DC/DC para proteger activos mecánicos de alto valor
Asegurando la lubricación crítica en aerogeneradores en escenarios de corte de red
Un enfoque basado en el CBS-10K DC/DC para proteger activos mecánicos de alto valor
Contexto de la Energía Eólica
La energía eólica juega un papel clave en la transición global hacia la generación de electricidad renovable.
Los aerogeneradores modernos son máquinas altamente optimizadas que combinan grandes estructuras mecánicas con sistemas eléctricos y de control cada vez más complejos.
Más allá de la producción de energía, la protección de activos durante condiciones operativas anormales —como la pérdida de la red— se ha convertido en un factor clave de diseño para los fabricantes de aerogeneradores.
En este contexto, los sistemas de respaldo de energía de corta duración pero alta fiabilidad son esenciales para proteger los subsistemas mecánicos críticos cuyo fallo puede tener graves consecuencias económicas y operativas.
El desafío: Lubricación crítica bajo condiciones de corte de red
Uno de los subsistemas más críticos dentro de un aerogenerador es el sistema de lubricación asociado con los mecanismos de orientación y posicionamiento mecánico que operan bajo cargas altas.
La aplicación descrita corresponde a grandes aerogeneradores terrestres en el rango de potencia de ~7 MW y superiores.
IEn la aplicación descrita, la lubricación está directamente vinculada al sistema de guiñada y los mecanismos de orientación asociados necesarios para posicionar de manera segura el rotor en relación con la dirección del viento.
Lubricación del sistema de guiñada
El sistema de guiñada es responsable de orientar la góndola («nacelle») y el rotor hacia la dirección del viento.
Incluye grandes rodamientos y mecanismos de engranaje que operan bajo cargas mecánicas muy altas.
La lubricación insuficiente puede provocar un desgaste acelerado, daños mecánicos graves y largos tiempos de inactividad del aerogenerador.
Estos sistemas mecánicos son de alto valor y difíciles de reparar, por lo que la continuidad de la lubricación es un requisito no negociable.
Durante los escenarios de corte de red, la lubricación debe permanecer activa para:
- Evitar el contacto metal con metal
- Completar los procedimientos de apagado controlado
- Proteger los activos mecánicos con costes de reemplazo que van desde decenas de miles hasta varios cientos de miles de euros
Para abordar este desafío, se seleccionó una solución de respaldo de alta potencia DC/DC basada en el convertidor CBS-10K para garantizar la estabilidad eléctrica durante la pérdida de la red.
Por qué las arquitecturas tradicionales de respaldo no son suficientes para los aerogeneradores de nuestro cliente
Históricamente, las soluciones de respaldo se han basado en:
- Sistemas basados en inversores DC/AC con conmutación retardada
- Arquitecturas UPS convencionales
- Convertidores DC/DC de baja potencia sin capacidad de sobrecarga dinámica
Estos enfoques en el sistema de nuestro cliente no lograron satisfacer las verdaderas necesidades de los sistemas de lubricación porque:
- Los retrasos en la conmutación provocan caídas de voltaje
- Los VFD son altamente sensibles a la inestabilidad a nivel de microsegundos
- Las altas corrientes de arranque del motor causan colapsos de voltaje
Como resultado, las bombas de lubricación pueden detenerse antes de completar el ciclo, exponiendo los componentes mecánicos a daños.
Una solución centrada en DC/DC basada en CBS-10K
Para superar estas limitaciones, se implementó una arquitectura de respaldo centrada en DC/DC.
En el núcleo de la solución se encuentra un convertidor DC/DC CBS-10K, que actúa como puente de potencia entre el sistema de baterías y los VFD que alimentan las bombas de lubricación y los motores auxiliares.
Principios clave de diseño:
- Toma de control inmediata durante la pérdida de red
- Estabilidad de voltaje absoluta, incluso bajo cargas transitorias altas
- Capacidad de sobrecarga de corto tiempo para soportar el arranque de motores
- Diseño compacto y robusto, adecuado para la integración en la góndola («nacelle»)
En lugar de proporcionar una autonomía prolongada, el objetivo es garantizar la finalización del ciclo de lubricación bajo todas las condiciones de corte de red.
Arquitectura del Sistema (Conceptual)
(Imágenes de referencia: diagrama conceptual de bloque de arquitectura de respaldo DC/DC basada en baterías)
Por qué el enfoque CBS-10K DC/DC funciona
La solución CBS-10K tiene éxito donde otras arquitecturas fallaron gracias a:
- Alta densidad de potencia
- Capacidad de sobrecarga de corto tiempo
- Excelente respuesta dinámica
- Alta tolerancia a las corrientes de arranque
- Robustez industrial probada en entornos exigentes
- Preparación para certificación UL con solo adaptaciones menores
Es importante destacar que la solución se basa en una plataforma industrial estándar, minimizando el riesgo técnico y de cadena de suministro.
Resultados y beneficios operativos
En operación, la solución de respaldo basada en DC/DC ha demostrado:
- Rendimiento estable durante eventos de corte de red
- Eliminación de desconexiones no deseadas de los VFD
- Finalización fiable de los ciclos de lubricación
- Protección efectiva de los activos mecánicos de alto valor
- Reducción del riesgo operativo y evitación de eventos de OPEX de alto impacto
Despliegue terrestre – Validez en aplicaciones marinas
La solución se despliega actualmente en plataformas de aerogeneradores terrestres, incluidos aerogeneradores de alta potencia en la clase multi-megavatio (≈7 MW), donde se requiere un respaldo de energía rápido y fiable durante períodos cortos.
Esta clase de aerogeneradores terrestres grandes está sujeta a una fuerte demanda en el mercado, con volúmenes de producción anuales que oscilan entre varios cientos y hasta alrededor de mil unidades al año, dependiendo de las condiciones del mercado.
Desde el punto de vista técnico, el mismo enfoque CBS-10K DC/DC también es válido para aplicaciones marinas, donde se aplican requisitos similares de estabilidad y rápida toma de control dentro de las arquitecturas de sistemas redundantes.
Conclusiones Clave
- La continuidad de la lubricación es crítica durante eventos de corte de red
- La inestabilidad eléctrica se traduce directamente en riesgo mecánico
- En aerogeneradores terrestres grandes, las fallas mecánicas tienen un impacto económico muy alto
- Una arquitectura CBS-10K DC/DC alimentada por batería garantiza un respaldo rápido y fiable
