Innovación y mantenimiento predictivo de turbinas eólicas

El panorama de la energía eólica global está cambiando. La competitividad está aumentando, el Levelized Cost of Energy (LCOE) está disminuyendo y, en ambos casos, puede atribuirse parcialmente a la rápida evolución de la innovación tecnológica y a las economías de escala.
En este artículo, Onyx expone su propia visión de lo que sería una solución completa de mantenimiento predictivo de turbinas utilizando las últimas innovaciones tecnológicas, junto con una solución de gestión escalable para el mantenimiento de flotas completas que ayude a los propietarios de parques eólicos a detectar, supervisar y gestionar problemas desde su detección inicial hasta su resolución.

 

Antecedentes: por qué es preciso prestar atención a un panorama altamente cambiante
La capacidad eólica mundial sigue batiendo récords. En el año 2021, la capacidad de energía eólica es de 743 GW en todo el mundo (https://gwec.net/global-wind-report-2021/). Esta capacidad representa un aumento del 15% respecto a la capacidad total que había en 2019, con un crecimiento interanual del 53%. 

Se espera, en todo caso, que la tasa de crecimiento aumente en lugar de que disminuya. Este nivel de crecimiento llega justo antes de la COP26, la primera conferencia en la que se espera que el “mecanismo de apriete” presione a cada nación a incrementar sus compromisos con el objetivo de alcanzar cero emisiones netas. Además, un 21% de las 2.000 empresas públicas más grandes del mundo ya tiene compromisos para lograr cero emisiones netas en 2030 (https://eciu.net/analysis/reports/2021/taking-stock-assessment-net-zero-targets), aunque los mecanismos exactos por los que pretenden lograrlo varían.

¿Pero es esto sostenible? Las indicaciones así lo respaldan, aunque provisionalmente. El aumento de la inversión en energía eólica, favorecido desde un principio por subvenciones, se ve ahora impulsado por la competitividad del sector a nivel comercial frente a las fuentes de generación de energía convencionales. Las innovaciones tecnológicas y las economías de escala lo están impulsando: turbinas más grandes y menores costes de operación y mantenimiento contribuyen a reducir el LCOE. Al mismo tiempo, estamos viendo una mayor consolidación; por ejemplo, los 6 principales fabricantes de aerogeneradores poseen ahora una cuota de mercado del 72%, mientras que el número de proveedores de turbinas ha disminuido de 37 a 33 en 2019 – según indica Ben Backwell, CEO del Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC) en el último informe presentado.

Estos puntos crean una imagen completa al considerarlos todos juntos:

• La capacidad eólica global está aumentando y las previsiones son que siga haciéndolo.
• Las innovaciones tecnológicas están mejorando las capacidades de las turbinas y disminuyendo el LCOE. Es poco probable que aquellos que ignoren estas innovaciones puedan competir dentro de cinco años con aquellos que no lo hicieron.
• Las economías de escala están impulsando a los propietarios de parques eólicos hacia flotas más grandes y están optimizando sus procesos internos. Los que interactúan con estas economías de escala están viendo una reducción significativa de los costes de operación y mantenimiento, con una detección de fallos mejor y más temprana, un mejor conocimiento de sus activos y un flujo de trabajo más racionalizado y eficaz, desde la detección inicial de un problema hasta su resolución.

 

Las innovaciones tecnológicas impulsan la reducción del LCOE
Un conjunto de factores globales está impulsando una innovación rápida en las tecnologías en estos últimos años. Si se aprovechan y adaptan estas innovaciones para los aerogeneradores, es posible aumentar el ahorro de costes y mejorar la eficiencia.

Un ejemplo son los sensores de última generación. Estos sensores están en multitud de aplicaciones, desde coches, controladores de videojuegos, teléfonos móviles y relojes inteligentes. Los sensores basados en la tecnología MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) han experimentado grandes avances y reducciones de costes en los últimos años y ofrecen grandes ventajas sobre otras tecnologías.

Onyx utiliza sensores MEMS y otras tecnologías de detección avanzada en sus sistemas ecoCMS y ecoPITCH para la supervisión del tren de potencia y la monitorización de los rodamientos del pitch. De hecho, Onyx ha suministrado e instalado más de 40.000 sensores MEMS ecoCMS en más de 20 países de todo el mundo, por lo que la fiabilidad de esta tecnología está comprobada.

Otra innovación global ha sido la informática móvil, con ordenadores de alto rendimiento basados en procesadores de bajo coste y consumo. Estos sistemas han añadido un enorme potencial en muchos sectores, incluidos los avances en la adquisición de datos de los aerogeneradores. El CMS era un sistema ‘heredado’ desarrollado hace varios años que dependía de sistemas informáticos antiguos, pero los sistemas modernos como ecoCMS y ecoPITCH ahora se basan en unidades de procesamiento móviles muy potentes y de alto rendimiento.

En el pasado, los sistemas de sensores solían estar limitados por el ancho de banda: no podían enviar grandes cantidades de datos de vuelta al usuario. Este ya no es el caso. Gracias al auge de la informática en la nube (cloud computing) en todo el mundo, muchas empresas almacenan ahora sus datos y programas de software en la nube. Para las aplicaciones en aerogeneradores, Onyx ofrece su software fleetMONITOR y AI-Hub desde servidores en la nube, lo que añade grandes ventajas al usuario en términos de velocidad, rendimiento y la capacidad de ofrecer servicios de monitorización flexibles respaldados por expertos en ingeniería.

Por último, se han producido enormes avances a nivel mundial en los campos de la Inteligencia Artificial (IA) y el Machine Learning (ML). Estas tecnologías, impulsadas por los sectores automovilístico e industrial, se consideran maduras. Y Onyx está a la vanguardia de este desarrollo, aplicando métodos avanzados de IA a los datos de aerogeneradores con su software AI-Hub. La IA está revolucionando las operaciones para muchos propietarios de parques eólicos y facilitando ahorros en costes que antes no eran posibles.

 

Economías de escala: el AI-Hub
A pesar del enorme crecimiento que ha habido en las últimas décadas, la industria eólica sigue teniendo una infraestructura interna ineficiente. Los fallos se rastrean rutinariamente mediante hojas de cálculo y el seguimiento se hace por correo electrónico. Con frecuencia se pierde valiosa información interna cuando las personas cambian de trabajo, y a menudo es difícil determinar qué se hizo anteriormente para resolver un determinado problema. Esto contrasta con un sector como el de las turbinas de gas, donde se realiza un seguimiento centralizado de los componentes y los problemas, el estado de las turbinas puede correlacionarse y compararse con toda la flota, y los años de conocimientos, soluciones y reparaciones se guardan y son accesibles desde una única ubicación. Las carencias de la infraestructura del sector eólico lo están frenando; hay fallos de componentes que se dejan de rastrear, correos electrónicos que no se leen o problemas que deberían haberse detectado que pasan desapercibidos.

Onyx es consciente de que una buena infraestructura y escalabilidad son claves para reducir el LCOE y la mejora del rendimiento de los sistemas. Cuando sus ingenieros de monitorización son capaces de supervisar no cientos, sino miles de aerogeneradores simultáneamente, su LCOE se reduce. Cuando se tienen en cuenta los presupuestos de operación y mantenimiento y las campañas de reparación de toda la flota, no a nivel de parque, se reduce el LCOE. Cuando, al inicio de un nuevo problema, se puede recurrir a años de experiencia acumulada en fallos similares, analizando millones de datos para determinar con exactitud cómo se diagnosticaron y cómo se resolvieron automáticamente, reduce su LCOE. 

AI-Hub es la herramienta de Onyx diseñada pensando en la escalabilidad. Los problemas se rastrean a lo largo de toda la flota a través de datos sin procesar, incluidos el diagnóstico, la gestión y la resolución de problemas. Nuestra visión incluye un conjunto completo de herramientas de análisis basadas en el aprendizaje automático (Machine Learning) que están respaldadas por nuestro amplio legado interno de ingeniería, que permiten detectar cualquier problema nuevo automáticamente y ofrecer recomendaciones específicas y prácticas sobre cómo se puede resolver. Contiene un sistema completo de Case Management, en el que los operadores, analistas o gerentes pueden realizar fácilmente un seguimiento de la progresión de un problema desde una ubicación central, lo que facilita la transparencia a través de varios niveles en una organización. Con el sistema de Case Management, los usuarios pueden comprender rápidamente el daño y su probable progresión, ver y asignar responsabilidades para solucionar el problema, y ver de un vistazo las acciones que quedan por realizar. Todo esto, sin necesidad de perderse entre montones de correos electrónicos ni de buscar una hoja de cálculo duplicada o desactualizada. Además, AI-Hub es independiente de los datos: SCADA, vibraciones, eventos, mantenimiento, lubricación, daños en las palas, inspección de drones, pérdidas de energía, etc. AI-Hub aloja todos los datos procedentes de cualquier fuente o software, y usa nuestros sistemas de análisis y Case Management para trabajar en perfecta sintonía con sus datos.

De esta forma los ingenieros podrán dedicar su tiempo a lo que realmente importa. Deje que Onyx gestione pequeños problemas como las calibraciones erróneas del anemómetro o el sobrecalentamiento de los rodamientos. Nuestros sistemas inteligentes pueden convertir automáticamente estos problemas habituales y bien conocidos en casos y asignarlos de inmediato a un técnico, sin necesidad de que un ingeniero de monitorización pierda su tiempo rastreando cientos de alarmas. En los casos en los que nuestros sistemas tengan alguna incertidumbre, AI-Hub enviará una alerta para que el usuario lo examine, y los ingenieros podrán utilizar nuestras herramientas para analizar sus datos y realizar el mejor diagnóstico. 

 

Mirando hacia el futuro
Las innovaciones seguirán surgiendo a un ritmo rápido, pero no necesitamos esperar a que lleguen las nuevas tecnologías. Los métodos de Inteligencia Artificial/Machine Learning y los sensores de última generación ya están aquí y han demostrado aportar un gran valor en aplicaciones para parques eólicos. Onyx ofrece estas soluciones en todo el mundo y está lista para ayudar a los propietarios de parques eólicos a optimizar sus operaciones y reducir el LCOE.