Se estima que el consumo energético mundial es de 580 millones de terajulios al año, de los cuales aproximadamente dos tercios corresponden únicamente al consumo de electricidad. Se prevé que la generación mundial de electricidad alcance casi los 45 billones de kilovatios-hora (kWh) para 2050. La demanda de energía está en constante crecimiento. La pandemia frenó brevemente esta creciente demanda, con una caída del 1 % en 2020 , pero se recuperó rápidamente y se espera que crezca un 4 % este año. Los factores habituales —población, desarrollo económico y avances tecnológicos— son los principales impulsores de este crecimiento de la demanda.
¿Cómo se produce esta energía?
Hoy en día, gran parte de la energía consumida proviene de combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural. Países con un alto consumo de energía, como China, India y Estados Unidos, aún dependen de los combustibles fósiles: el 71 % (China), el 59 % (India) y el 61 % (EE. UU.) de su energía proviene de estas fuentes. Sin embargo, los combustibles fósiles se están agotando rápidamente y, además, obstaculizan el logro de los objetivos climáticos.
Los gobiernos y las organizaciones de todo el mundo han reconocido esto y están igualmente interesados en identificar nuevas fuentes de energía: fuentes que sean más limpias para el medio ambiente y el planeta.
Se prevé que la generación de energía a partir de fuentes renovables, como el viento, el sol y el agua, aumentará en los próximos años. En 2020 , las fuentes de energía renovables representaron cerca del 30 % de la generación eléctrica mundial. Para 2050, se prevé que las fuentes renovables contribuyan al consumo energético mundial entre el 80 % y el 90 %.
Por supuesto, la adopción generalizada de fuentes de energía renovables enfrenta varios desafíos: el costo prohibitivo de instalación, su naturaleza distribuida, la necesidad de nueva infraestructura de transmisión, la imprevisibilidad debido al clima, las influencias políticas y las condiciones del mercado.
Dada esta yuxtaposición de factores, los gobiernos y los organismos energéticos de todo el mundo necesitan urgentemente una solución para optimizar la producción, la distribución y el consumo de energía de múltiples fuentes.
Entra Smart Grid: el camino a seguir para la gestión inteligente de la energía
Aquí es donde entra en juego Smart Grid. Una Smart Grid es una red eléctrica con automatización, comunicación y tecnología que ayuda a monitorear el flujo de energía desde su punto de generación hasta el punto de consumo, controlando o reduciendo así la carga para que coincida con la generación de energía en tiempo real.
Una red inteligente, que aprovecha principalmente las tecnologías del IoT, ayuda a detectar y responder proactivamente a las necesidades de los consumidores. Permite el análisis y la comunicación de información para mejorar la eficiencia y la transparencia en toda la cadena de suministro, optimizar el consumo energético y mejorar la fiabilidad del suministro.
Las redes inteligentes ayudan a hacer eficiente la transmisión, identificar y resolver cortes, predecir los picos y valles de la demanda para optimizar la utilización y reducir el desperdicio, mejorar los costos operativos para las empresas de servicios públicos y permitir una integración más fluida con los sistemas de energía renovable.
De esta manera, las redes inteligentes ofrecen la ventaja de contar con activos de recursos energéticos distribuidos y conectados, incluidas fuentes de energía renovables.
Monitoreo eficiente de transformadores en el núcleo de la red inteligente
La monitorización de transformadores es un elemento clave en la transición hacia las redes inteligentes. Proporciona a los productores de energía la transparencia necesaria para tomar decisiones cruciales sobre la producción de energía y optimizar el consumo. Además, permite el análisis de la demanda: qué consume cada hogar, industria o establecimiento comercial, en qué zonas es mayor el consumo y cuáles son los períodos de máxima demanda.
Echemos un vistazo a los tipos de transformadores con los que suelen tratar las empresas de servicios públicos:
- Transformadores de potencia: Estos transformadores son dispositivos estáticos que transfieren electricidad entre el generador y los circuitos primarios de distribución, sin variar la frecuencia entre circuitos.
- Transformadores elevadores de generador (GSU): Son los enlaces clave entre las centrales eléctricas y la red de transmisión. Estos transformadores funcionan 24/7 y están diseñados para soportar cargas térmicas extremas. Las investigaciones indican que, incluso con una tasa de fallo del 1 %, las interrupciones del suministro eléctrico pueden inhibir la producción de energía. Las fallas típicas de los transformadores GSU incluyen fallas dieléctricas, de aislamiento, eléctricas y mecánicas.
Los transformadores eléctricos representan la mayor parte de las inversiones en cualquier sistema de suministro eléctrico. Por lo tanto, reemplazarlos frecuentemente para una mayor eficiencia es costoso para la mayoría de las industrias. La vida útil promedio de un transformador es de 30 a 40 años. Sin embargo, los costos por falla de un transformador son elevados, llegando a los 15 millones de dólares. Por lo tanto, es fundamental garantizar la implementación del mejor sistema de monitoreo y control para el mantenimiento del transformador.
A nivel mundial, las flotas de transformadores funcionan más allá de su vida útil diseñada y con cargas promedio más elevadas, lo que da lugar a fallas catastróficas.
Causas de falla del transformador
Existen varias razones por las que falla un transformador. Evaluar aspectos como el estado técnico del transformador, basándose en un análisis de su marca y modelo, características, años de uso, ubicación y otros factores, puede ayudar a determinar el riesgo. La Figura 1 ofrece un resumen de las principales causas técnicas de falla de un transformador.
Cuando la investigación, las reparaciones o el reemplazo demoran 7 días o más, se considera una falla grave en un transformador. Para mitigar el riesgo de falla, es importante determinar la probabilidad y las consecuencias. Las fallas inesperadas también pueden tener un impacto significativo en los costos.
Cómo los sistemas de monitoreo de transformadores ayudan a optimizar la distribución y el uso de energía
A medida que las fuentes de energía renovables suministran cada vez más energía en todo el mundo, los sistemas de distribución también están cambiando. De ahí la importancia cada vez mayor de la monitorización de transformadores.
La monitorización de transformadores se puede realizar de dos maneras: offline y online. La monitorización offline permite a los técnicos realizar pruebas de estado sin restricciones. Sin embargo, la principal desventaja es que el transformador debe desconectarse de la red, lo cual resulta engorroso y costoso para la compañía eléctrica. La monitorización online aprovecha tecnologías que no requieren desconectar el transformador. Además, el sistema de monitorización offline solo proporciona un resumen histórico del estado del transformador, a diferencia de un sistema de monitorización online, que ofrece actualizaciones en tiempo real. El primero puede provocar el envejecimiento y el deterioro del aislamiento, lo que provoca las fallas más catastróficas en los transformadores. Con un sistema online, las intervenciones en tiempo real pueden ayudar a predecir fallas y a planificar para tales eventos
La pérdida de ingresos se puede reducir hasta en un 80% mediante el monitoreo en línea de transformadores.
La vida útil se puede extender en un 30% mediante la monitorización del transformador.
Para los productores de energía proveniente de fuentes renovables como la eólica y la solar, que son impredecibles, la capacidad de predecir fallas del transformador y reparar o reemplazar piezas de manera proactiva, especialmente cuando no se produce energía, es invaluable.
Por lo tanto, con un sistema de monitoreo en línea, las limitaciones habituales del diagnóstico fuera de línea se pueden mitigar fácilmente. En resumen, un sistema de monitoreo en línea:
- Detecta posibles fallas en una etapa temprana para tomar medidas preventivas
- Ayuda a evitar interrupciones no programadas
- Permite el funcionamiento del transformador a un nivel de rendimiento óptimo.
- Monitorea el envejecimiento térmico y evita temperaturas críticas en puntos calientes
Impulsando el futuro con redes inteligentes
Dados los costos prohibitivos de reemplazar un transformador, así como el costo de mantenerlo para una vida útil estimada de 30 a 40 años, el mantenimiento de transformadores es clave para la rentabilidad de las empresas de servicios públicos. Sin embargo, los costos no son el único aspecto del mantenimiento de transformadores. Con la creciente demanda de recursos energéticos, las interrupciones del servicio no son una opción. La dependencia mundial de los combustibles fósiles se reducirá con el tiempo, y las energías renovables contribuirán significativamente a la producción de energía. A medida que avanzamos hacia este escenario, la utilización óptima de todos los recursos con el mínimo desperdicio es una prioridad para todos los involucrados. Aprovechar tecnologías de vanguardia como el IoT, la automatización e incluso la IA o el aprendizaje automático (ML) para hacer que la red inteligente sea aún más inteligente y para una monitorización en línea eficaz de los transformadores es el camino a seguir.
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