Los aerogeneradores son sistemas técnicamente muy complejos en los que la energía cinética del viento se capta como energía de rotación y se transfiere a un generador donde se convierte en electricidad. Esto requiere un gran número de componentes electrónicos, que se instalan en los aerogeneradores de la cabeza a los pies. En consecuencia, la correcta gestión térmica es también una cuestión importante. Los dispositivos electrónicos requieren siempre unas condiciones de temperatura fiables, no deben sobrecalentarse pero tampoco deben funcionar por debajo de una especificación de temperatura admisible. La condensación también puede causar graves daños a los componentes electrónicos. Además, los sistemas en alta mar , en particular, están sometidos a duras condiciones ambientales que hay que tener en cuenta.
El sensor inteligente CSS 014 de STEGO está diseñado para registrar de forma fiable las temperaturas y la humedad y transmitir los datos a través de interfaces adecuadas para que los operadores tengan siempre una visión fiable de las condiciones térmicas y los cambios en los aerogeneradores. Los sensores mejoran la situación de los datos proporcionando continuamente información precisa sobre las condiciones climáticas en el interior de la instalación. Sobre esta base, los componentes de aire acondicionado pueden controlarse con precisión para regular con exactitud la temperatura y la humedad, garantizando unas condiciones de funcionamiento ideales.
Gracias al control optimizado, los componentes están sometidos a menos tensiones y están protegidos de los daños causados por la condensación o el sobrecalentamiento . Como resultado, se alarga la vida útil de los aerogeneradores y se reducen las averías. A su vez, un menor número de averías se traduce en menores costes de mantenimiento y una mayor disponibilidad del sistema, lo que en última instancia ahorra costes y asegura los beneficios.
El sensor inteligente CSS 014 de STEGO se desarrolló precisamente para este fin en respuesta a los requisitos de un fabricante de turbinas eólicas y, gracias a su eficacia y digitalización general, se ha establecido ahora en muchas otras industrias, incluida la infraestructura de carga para la electromovilidad (véase el recuadro).
En Alemania hay actualmente 1.566 aerogeneradores marinos, repartidos en 29 parques eólicos situados frente a las costas del Mar del Norte y del Báltico. En la actualidad generan 8.465 MW de potencia nominal al año (a partir de 2023) *1, lo que supone más de 7.000 MW más de potencia nominal que hace diez años. (En el Reino Unido, la cifra es ya de 14,7 GW y en China de 37,3 GW).
El objetivo del Gobierno alemán es instalar un mínimo de 70 gigavatios de energía eólica marina en aguas alemanas de aquí a 2045 . Estos objetivos de expansión se adoptaron incluso en forma de enmienda a la Ley de Energía Eólica en el Mar (WindSeeG).
Mientras que la energía eólica marina sigue ocupando actualmente el cuarto lugar en términos de generación bruta de electricidad a partir de energías renovables en Alemania, con 23,8 TWh, la energía eólica terrestre es la primera, con 120,9 TWh, y ha aumentado más de un 30% en comparación con 2021. *2
Sin embargo, según EnBW, para alcanzar los objetivos climáticos en 2030, también habría que construir más aerogeneradores de 10.000 MW en este segmento. La energía eólica es, por tanto, uno de los pilares más importantes a la hora de suministrar energía con electricidad verde. Y su expansión avanza cada vez más.
Para garantizar una generación de energía segura y fiable, es importante supervisar la delicada electrónica de los aerogeneradores y llevar a cabo un mantenimiento periódico, una tarea cara, sobre todo cuando se trata de turbinas marinas. Esto se debe a que a menudo son de difícil acceso y las duras condiciones meteorológicas en alta mar hacen que trabajar allí sea todo un reto.
Para mantener los sistemas bajo control constante, se utilizan sistemas de monitorización del estado para realizar diagnósticos a distancia. Por ello, la complejidad de la electrónica aumenta constantemente. Para protegerlos y evitar fallos técnicos, los sensores inteligentes CSS 014 de STEGO forman parte de los sistemas. El sensor representa la evolución digital en la gestión térmica de los componentes electrónicos. Mide los importantes parámetros de temperatura de -40 °C a 80 °C y humedad relativa de 0 a 100 % HR y, por tanto, permite extraer importantes conclusiones sobre el funcionamiento del sistema. Si la temperatura en el aerogenerador es demasiado alta o demasiado baja, el dispositivo señala la necesidad de actuar, ya que componentes importantes y, por tanto, funciones, corren el riesgo de fallar. Gracias a un histograma adicional de todos los datos medidos, siempre tendrá una visión fiable del estado de la turbina.
STEGO ha optado por IO-Link como protocolo de comunicación. Esto significa que el sensor inteligente también se puede parametrizar fácilmente para su uso en aerogeneradores mediante un software de interfaz en un PC. IO-Link también garantiza la flexibilidad, ya que los sensores y actuadores de diferentes fabricantes se pueden integrar fácilmente utilizando interfaces estandarizadas . El esfuerzo de cableado también se reduce al mínimo gracias a IO-Link con cables normalizados, no apantallados y con al menos tres conductores. La instalación es sencilla, lo que en última instancia reduce el tiempo y los costes.
Los datos recogidos se transmiten a un controlador de sistema de nivel superior a través de IO-Link. Además de los parámetros de conmutación puros para temperatura y humedad, el usuario dispone de "eventos" configurables adicionales. La palabra clave aquí es datos de valor añadido. Dado que IO-Link permite acceder a datos de diagnóstico ampliados y a parámetros del dispositivo, la supervisión y el mantenimiento pueden adaptarse y optimizarse individualmente en función del escenario de aplicación. La configuración y parametrización centralizada de los dispositivos facilita enormemente la puesta en servicio y las modificaciones posteriores.
En resumen, IO-Link combina una instalación sencilla con flexibilidad, mayor disponibilidad de datos y rentabilidad.
En algunos sistemas, el sensor inteligente también se utiliza en una versión de 4-20 mA. Dado que STEGO lleva muchos años trabajando en el sector de la energía eólica con sus productos de gestión térmica, el Sensor Inteligente CSS 014 encaja perfectamente en la cartera compuesta por higrostato, ventilador de filtro, aerotermo, termostato e iluminación LED.
La propia unidad del sensor se ha desarrollado de tal forma que se adapta perfectamente a las duras condiciones de funcionamiento en alta mar. Los expertos en gestión térmica de STEGO han desacoplado térmicamente el dispositivo y lo han encapsulado con una junta circunferencial, lo que se traduce en una alta resistencia a las vibraciones y una protección IP57 en la zona del sensor. El microcontrolador, el controlador de interfaz y la unidad de protección CEM están dispuestos en una disposición optimizada para el calor en la placa de circuito impreso lacada protectora del CSS 014, de modo que prácticamente se elimina cualquier influencia en los valores medidos debida al calor residual.
A partir de los valores medidos no sólo se puede realizar un diagnóstico a distancia fiable, sino que también se puede optimizar el control de todo el aerogenerador y controlar dispositivos individuales como ventiladores y unidades de refrigeración o calentadores en función de la demanda . El sistema de control de nivel superior utiliza los datos transferidos para decidir qué acciones deben llevarse a cabo. Por ejemplo, los actuadores pueden controlarse con precisión milimétrica para alcanzar el estado de funcionamiento deseado o garantizar los parámetros ambientales deseados.
El control de componentes de aire acondicionado como calentadores y ventiladores mediante un sensor de temperatura y humedad en combinación con un controlador de sistema ofrece ventajas significativas frente a un controlador clásico de dos puntos: Mientras que el regulador de dos puntos se limita a conmutar entre dos estados (encendido/apagado), el sistema controlado por sensor permite un ajuste más preciso y continuo del aire acondicionado. Esto permite al controlador del sistema adaptar el funcionamiento de los componentes del aire acondicionado con mayor precisión a la demanda real. Se evitan los encendidos y apagados innecesarios, lo que reduce el consumo de energía y prolonga la vida útil de los componentes.
En general, el sistema de control basado en sensores contribuye a un funcionamiento más eficiente, preciso y duradero de los componentes . También se reducen las reparaciones necesarias, lo que representa un importante factor de coste, especialmente en alta mar. Por supuesto, el sensor inteligente CSS 014 también es apto para su uso en aerogeneradores terrestres. Las aplicaciones y funciones siguen siendo las mismas. En el sector de alta mar, el mantenimiento a distancia desempeña un papel más importante, simplemente por la accesibilidad de los parques eólicos en alta mar.
*1 Estadísticas, encuesta de Deutsche WindGuard, "Situación de la expansión de la energía eólica marina en Alemania".
*2 Encuesta de BDEW; ZSW; Oficina Federal de Estadística, informe anual "El suministro energético 2023"
El sensor inteligente CSS 014 de STEGO es muy rentable, por lo que también merece la pena utilizarlo para aplicaciones más pequeñas. Un ejemplo de ello es la infraestructura de carga para aumentar la electromovilidad. Durante el proceso de carga se genera calor, lo que puede provocar una gran diferencia de temperatura entre el interior de la estación de carga y la temperatura exterior. Esto puede dar lugar a la formación de condensación en el interior de la estación de carga, que en el peor de los casos puede causar el fallo de los componentes electrónicos. El sobrecalentamiento debido al calor residual durante el proceso de carga o a temperaturas ambiente demasiado bajas -especialmente en invierno- también puede dañar los componentes electrónicos.
El sensor inteligente CSS 014 garantiza una gestión térmica ideal en estas aplicaciones. Mide continuamente la temperatura y la humedad en el interior de la columna. Esto significa que las condiciones imperantes en la estación de carga se pueden controlar de forma fiable y se pueden tomar medidas a tiempo para evitar daños. Esto evita fallos, reduce los costes de funcionamiento y aumenta la disponibilidad de las estaciones de carga.