Restauración de plantas de energía a una eficiencia máxima confiable

Dos plantas de punta en el sur de los EE. UU. encontraron indispensable la experiencia y los conocimientos de un proveedor experimentado de servicios de equipos rotativos durante una actualización del sistema de control y un proyecto de rebobinado de un generador.

Cada año, las redes eléctricas se enfrentan a un impacto cada vez más intenso del cambio climático, ya sea como resultado de ventiscas, condiciones invernales heladas u olas de calor abrasador en verano. A principios de septiembre de 2022, un domo de calor se asentó sobre la costa oeste de EE. UU. y trajo temperaturas que establecieron máximos históricos. El calor extremo avivó los incendios forestales y estresó la red eléctrica antes de que llegara una tormenta tropical y enfriara las cosas. Apenas unos meses después, un brote ártico que ocurrió en febrero de 2023 rompió récords en el noreste, incluida una sensación térmica de -108F, y ejerció una presión terrible sobre el suministro de energía de la región.

Cuando ocurre un aumento o descenso drástico de la temperatura como este, el uso de energía aumenta abruptamente a medida que las personas recurren a sus hogares con calefacción o aire acondicionado controlados por termostato para evitar el clima incómodo. Pero cuando todos los calentadores o todas las unidades de aire acondicionado están encendidos, las redes eléctricas en todas partes deben trabajar horas extra para mantener nuestras fuentes de energía en línea. Y, a veces, el estrés puede ser demasiado para la red.

Ingrese "plantas de energía pico" o "picos" para abreviar. Los picos generalmente usan turbinas de gas para suministrar energía temporal a la red además de la energía que proporcionan las centrales eléctricas de carga base. Las plantas de carga base generalmente generan electricidad a un nivel bastante constante durante todo el día, durante todo el año, mientras que las plantas de carga máxima se encienden y luego se apagan durante un breve período de tiempo, generalmente menos de 1500 horas por año, y algunas pueden operar tan solo 250 horas. por año.

La confiabilidad es una necesidad absoluta para que estos picos cumplan su función como plan de contingencia de la red eléctrica para ayudar no solo a satisfacer, sino también a mantener la demanda durante un aumento drástico en el uso. Como tal, el cuidado y mantenimiento de las plantas de pico es vital para garantizar que puedan encenderse rápidamente cuando se les solicite. No atender el sistema de control mal configurado de una planta pico o el generador defectuoso podría significar la diferencia entre una fuente de respaldo de energía confiable o un estado de emergencia dramático.

Este artículo entrará en detalles más profundos sobre cómo los operadores de planta en dos instalaciones de pico diferentes trabajaron con un proveedor externo de servicios de equipos rotativos, EthosEnergy, para abordar problemas de operaciones similares. Para mantener un mayor nivel de confiabilidad y cumplir con su compromiso como fuente de energía redundante, ambas plantas tomaron medidas proactivas para mejorar sus capacidades antes de que ocurriera una crisis.

Una planta de picos de unidades múltiples en Texas se comunicó con el proveedor de servicios de equipos rotativos y preguntó acerca de las capacidades y soluciones del sistema de control. Los gerentes de las instalaciones se preguntaron si había algo que EthosEnergy pudiera hacer para ayudar a superar los problemas de producción y confiabilidad de la planta. El sitio experimentaba importantes problemas de confiabilidad y no cumplía con los tiempos de inicio o los requisitos de salida requeridos. Como instalación de pico, tenía que comprar energía para cumplir con los compromisos contractuales y aumentar la dotación de personal para solucionar problemas operativos.

El proveedor de servicios de equipos rotativos realizó una evaluación en el sitio y descubrió que el sistema de control era un factor importante que contribuía a los problemas de confiabilidad de la planta. Luego, los técnicos comenzaron a solucionar el problema monitoreando las unidades de forma remota y realizaron evaluaciones de diagnóstico y salud de la planta (rendimiento del motor).

El cliente otorgó a EthosEnergy una orden de compra y comenzó una interrupción para corregir los problemas. Los ingenieros de control del proveedor actualizaron los controles de la turbina y el equilibrio de la planta (BOP), y corrigieron los problemas del sistema de alimentación ininterrumpida (UPS), los problemas de distribución de energía y los problemas de cableado (Figura 1), entre otros problemas. El alcance también incluyó la reconfiguración del hardware existente y la actualización/reemplazo del hardware donde fuera necesario.

1. Una actualización del sistema de control en una planta pico de Texas mejoró la confiabilidad de arranque, aumentó la producción y proporcionó un rendimiento más estable, entre otras cosas. Cortesía: EthosEnergy

Todas las actualizaciones aplicadas cumplieron con una solución estándar y repetible, mientras que la configuración original era muy ad-hoc. Se cumplieron los compromisos de interrupción y el cliente ha seguido contratando al proveedor de servicios de equipos rotativos para brindar soporte remoto a largo plazo.

Como resultado de trabajar con EthosEnergy, la confiabilidad de puesta en marcha de la planta pico aumentó drásticamente y la producción de energía aumentó en más del 2 % por unidad. El proveedor de servicios de equipos rotativos resolvió los problemas de sincronización con la red para satisfacer un arranque de 10 minutos a plena carga. Los controles de turbina ahora brindan un rendimiento estable y un arranque repetible. Los manuales del sistema y la documentación de dibujo se actualizaron con contenido adicional y se mejoraron, y se brindó una amplia capacitación en el sitio durante la puesta en marcha. La instalación ha visto un tremendo retorno de su inversión, con unidades operativas durante más de 180 horas combinadas durante las tormentas invernales de Texas de 2021, un momento crítico de necesidad de generación de energía.

Con la temporada de alta demanda acercándose, una central eléctrica de Luisiana necesitaba estar en óptimas condiciones. Para esta instalación de pico, era fundamental garantizar su capacidad para funcionar a plena capacidad operativa al comienzo de la temporada de verano.

Desafortunadamente, el pico comenzó a experimentar disparos en un generador GE Frame 7A6 conectado a una de sus turbinas de gas, lo que causó un problema importante. El generador había estado experimentando altos niveles de vibración durante aproximadamente un año y medio, pero a principios de marzo de 2021, esas vibraciones comenzaron a disparar la unidad. Como la unidad era fundamental para la capacidad de generación de energía, la planta decidió poner en marcha un rebobinado del rotor del generador, pero necesitaba encontrar un socio que pudiera trabajar en un plazo ajustado: operativo en menos de 60 días. Si su unidad no estaba en línea el 1 de mayo de ese año, se vería afectada por importantes sanciones financieras en virtud de su contrato de energía.

Debido a la increíble sensación de urgencia, la planta de picos envió una solicitud de apoyo a los proveedores de servicios de equipos rotativos externos el 5 de marzo y la fecha límite era el 9 de marzo. Hubo una fuerte competencia, con cinco postores en juego. Una preocupación clave para la gerencia del pico fue cumplir con la fecha límite del 1 de mayo. Eso era algo que EthosEnergy confiaba en que se podía lograr. Además, el proveedor de servicios de equipos rotativos también pudo ahorrar el dinero de la planta al realizar el trabajo de reensamblaje en un solo turno.

El 11 de marzo, el cliente adjudicó verbalmente a EthosEnergy el contrato de rebobinado del generador. En solo cuatro días, el proveedor movilizó a su equipo de servicio de campo y subcontrató la grúa requerida. El proveedor de servicios de equipos rotativos luego desarmó completamente la unidad y transportó el generador a sus instalaciones de Farmington en Nuevo México. Allí, los trabajadores desmantelaron el rotor, quitaron el cobre y lo despojaron de su metal desnudo. Luego examinaron y corrigieron el mecanismo de falla e instalaron un nuevo aislamiento.

Una vez reensamblada la unidad en el taller del proveedor, se realizó un balanceo de alta velocidad y una corrida de calor. Esto permitió al proveedor confirmar con la planta de picos que no se repetirían los problemas de vibración experimentados anteriormente en el sitio. La unidad se equilibró rápidamente y muy por debajo de los objetivos de la industria de 2,5 milímetros/segundo (mm/s) en todo el rango de velocidad, de cero a 3600 rpm. El balance final logrado fue de 0,5 mm/s.

Al trabajar con EthosEnergy, el rotor (Figura 2) estuvo nuevamente en el sitio y ensamblado mecánicamente el 28 de abril, tres días antes de la fecha límite. De principio a fin, el proveedor de servicios de equipos rotativos tardó solo 45 días en completar el proyecto debido a su experiencia y conocimiento en el manejo de este tipo de problemas. Esto fue hasta 10 días más rápido de lo que muchos expertos normalmente esperan para un proyecto de esta naturaleza, especialmente durante la temporada de cortes de calor en los EE. UU.

2. Se requirió un rebobinado del generador en una planta de punta de Luisiana debido a las altas vibraciones. El trabajo se realizó en solo 45 días, lo que mejoró la confiabilidad y restauró la producción, además de extender el ciclo de vida del generador en 20 años. Cortesía: EthosEnergy

El proveedor de servicios de equipos rotativos también ahorró a la planta pico aproximadamente un 15 % en gastos de mantenimiento al trabajar en un solo turno. El pico ahora tenía una unidad que funcionaría de manera confiable a plena capacidad durante la temporada alta y el rebobinado del generador extendió el ciclo de vida en 20 años, mejoró la confiabilidad en aproximadamente un 80% y la producción volvió a subir de 60 MW a los niveles esperados de 93 MW.

Desde la instalación, la unidad de la planta pico ha estado funcionando excepcionalmente bien sin problemas operativos. El proveedor de servicios de equipos rotativos ha logrado construir sobre ese primer trabajo, cimentando una relación sólida con el cliente que resultó en ofertas exitosas en proyectos adicionales en la planta pico, incluida la realización de pruebas en tres unidades idénticas y la implementación de un plan para futuras reparaciones.

La red eléctrica depende más que nunca de los picos para mantener el uso de energía en respuesta a situaciones no planificadas. Cualquiera que sea la necesidad, relacionada con el clima o no, trabajar con un proveedor de servicios confiable para ayudar a garantizar que las operaciones estén en su máximo rendimiento antes de que ocurra un problema permite que las plantas de energía brinden un servicio confiable a sus clientes cuando más lo necesitan.

—Chris Wilkinson es vicepresidente sénior de Crecimiento de EthosEnergy.

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