Aportaciones a la estabilidad de plantas marinas de generación eléctrica, con volantes de inercia

Resum

Les caigudes de plantes de generació elèctrica a bord o Power Blackouts posen en perill la seguretat de la tripulació, dels vaixells i del medi ambient. Els motors d'inducció de potència significativa en kW en relació amb els kVA de l'alternador, com poden ser els motors transversals de proa, provoquen a l'arrencada directa o fins i tot en alguns episodis d'arrencada estrella-triangle, profunds buits de tensió que desestabilitzen les plantes de generació elèctrica, arribant a provocar en alguns casos un Power Blackout. Per comprendre la importància i la gravetat dels danys produïts per aquests Power Blackouts, s'acudeix a la font del CIAIM (Comissió d'Investigació d'Accidents i Incidents Marítims), trobant diversos casos de caigudes de planta de generació elèctrica oficialment registrats, alguns amb resultats de greus danys a persones, com el del ¿Volcà de Tamasite¿ el 2017, a la sortida de port amb 140 ferits i importants danys al moll i al propi vaixell. Per a l'estudi de les caigudes de planta elèctrica i de les possibles solucions, es construeix als laboratoris del departament d'Enginyeria Elèctrica (DEE) de l'Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB/UPC), una rèplica a escala de planta elèctrica amb diversos grups electrògens, alimentant arrencades en buit de motors elèctrics d'inducció, les arrencades dels quals són considerats els transitoris més severs a bord, permetent replicar situacions reals a escala, de caiguda de planta elèctrica (calat de la màquina tèrmica) o Power Blackout. A més, es dissenya i construeix un sistema (ACEE) "Acumulador cinètic d'energia elèctrica", que consta d'un motor d'inducció III, de 9 kW, 400 V, 50 Hz, amb volant d'inèrcia de 40 kg, que gira a 1.500 rpm i que genera 7,4 kJ denergia acumulada. Aquest acumulador cinètic disposa de regulació electrònica, és regeneratiu i programable. La seva aportació és tant de potència activa, com descàrrega de l'energia cinètica acumulada al volant d'inèrcia, com de reactiva, des dels condensadors dels mateixos convertidors de freqüència (VSD) i del condensador que porta el sistema. La proporció és ajustable electrònicament. S'estudien situacions i maneres d'evitar les caigudes de planta, fent actuar el sistema d'acumulador cinètic d'energia elèctrica (ACEE) construït, resultant idoni per a l'experimentació referida. Les conclusions a què arriba aquesta tesi per resoldre adequadament aquest problema són: 1. Sobredimensionar els alternadors dels conjunts Diesel-Alternador, el factor de potència dels quals tradicionalment és 1 o 0,8, de manera que pugui alimentar en permanència, càrregues amb cos ¿= 0,5 o inferior en el cas de vaixells amb propulsió elèctrica. En el cas límit de regulació electrònica de velocitat dels propulsors elèctrics, amb posicionament dinàmic, poden arribar a ser necessaris grups electrògens capaços d'alimentar càrregues a cos ¿= 0,2. 2. Instal·lació d'acumuladors cinètics d'energia elèctrica (ACEE). La solució alternativa que es proposa és el muntatge d'acumuladors cinètics d'energia elèctrica (ACEE).