Los grupos electrógenos Cat® proporcionan energía durante las horas de demanda máxima y en caso de emergencia

Demanda energética

Santa Clara es una pequeña pero creciente comunidad ubicada cerca de St. George, en la zona sur de Utah. Su población creció más del 30 % entre el 2000 y 2006. Esto se debió al florecimiento de la economía impulsada por un clima favorable, un mercado de la vivienda asequible y la proximidad a áreas metropolitanas en crecimiento, como Salt Lake City y Las Vegas. Este crecimiento tan drástico resultó en una presión sobre los recursos energéticos que se sintió en el municipio, las empresas y los residentes.

El director de Obras Públicas de la ciudad de Santa Clara, Jack Taylor, observó que la política actual de la ciudad, que se basaba en un enfoque provisional con contratos de generación de carga básica complementados con la adquisición de energía eléctrica del mercado al contado, representaría un obstáculo para el crecimiento de la pequeña operación de servicios públicos de este municipio. Los picos de demanda de energía se suelen producir durante los calurosos meses de verano en esta ciudad desértica, cuando las empresas y las residencias solicitan energía para hacer funcionar los sistemas de aire acondicionado durante una mayor cantidad de horas. Por esto, Taylor creyó que un activo de potencia máxima era la mejor inversión a largo plazo para alimentar la creciente demanda eléctrica al menor costo posible.

Para superar sus crecientes desafíos de energía, las autoridades de Santa Clara recurrieron a su distribuidor Cat® local Ken Green de Wheeler Power Systems, cuya sede central se encuentra en Salt Lake City. Wheeler Power Systems ha sido el distribuidor autorizado de Caterpillar para el estado de Utah durante 45 años, con la responsabilidad de las ventas y el respaldo al producto de Utah, la región centro-este de Nevada y la suroeste de Wyoming.

Wheeler examinó en primer lugar los perfiles de carga existentes de Santa Clara y los previstos para los próximos años. "La zona suroeste de Utah es una de las regiones de más rápido crecimiento del estado, a la cual solo llegan dos líneas eléctricas de Winter Park", explicó Green. "Eso conlleva dos problemas: grandes picos y líneas con sobrecapacidad". Con esta evaluación, se evidenció la necesidad inmediata de cubrir entre 2 y 4 MW de carga máxima adicional para el verano por encima de la carga básica de entre 8 y 10 MW.

Solución

Las autoridades de Santa Clara contrataron a Wheeler Power Systems para que se encargara del diseño y la construcción de la central eléctrica. Las instalaciones de Santa Clara se construyeron para recibir de inmediato dos Grupos Electrógenos a Gas Natural G3520C. Los grupos electrógenos, con una potencia nominal de 2.055 ekW a 1.800 r. p. m., funcionan con un equipo de conmutación puesto en paralelo de 12.470 V. De esta forma, la potencia aumenta a 69.000 V mediante un transformador exterior antes de conectarse a las líneas de distribución.

Con los grupos electrógenos a 20 pies de distancia, en la disposición de las instalaciones se incluyó una camino despejado para que los camiones de servicio puedan acceder a cada grupo electrógeno y realizarles mantenimiento frecuente. Con el espacio libre de 22 pies hasta el techo, los camiones con grúa pueden llegar hasta los grupos electrógenos. Para reducir el ruido tanto en el interior como en el exterior del edificio, las instalaciones de 10.800 pies cuadrados se construyeron con bloques sólidos de lechada de concreto. A petición de la ciudad, se incorporó un espacio de almacenamiento sobre la sala de control. El edificio se diseñó para albergar otros cuatro Grupos Electrógenos G3520C adicionales que se instalarán a medida que las cargas máximas de Santa Clara aumenten con el tiempo.

Como las temperaturas en esta ciudad pueden superar los 110 °F, se emplearon aparatos de aire lavado (también llamados enfriadores evaporativos) como una forma económica de enfriar el aire de entrada y evitar temperaturas excesivas tanto para los grupos electrógenos como para el propio edificio. El simple uso de la evaporación del agua del aire, en contraposición a los ciclos de refrigeración por compresión de vapor o absorción, es más adecuado en regiones como los estados montañosos del oeste, donde el aire es caliente y la humedad es baja. Dos enfriadores evaporativos que producen 32.000 pies cúbicos de aire refrigerado por minuto enfrían cada generador y mantienen el aire a una temperatura uniforme de 85 °F. Una parte del aire refrigerado también se utiliza para mantener una temperatura agradable del aire ambiente del edificio destinada a la comodidad de los trabajadores.

Wheeler brindó una solución de control de emisiones llave en mano mediante el uso de catalizadores de oxidación Cat para reducir de forma significativa las emisiones de monóxido de carbono (CO) y obtener permisos de aire de hasta 2.000 horas por unidad para una planta construida por completo. Los catalizadores de oxidación Cat para motores estacionarios a gas reducen las emisiones mediante la conversión del CO, los hidrocarburos y los aldehídos en dióxido de carbono y agua. Esto puede reducir el CO en un 93 % en los motores a gas y los hidrocarburos en más de un 40 %. No se requiere un mantenimiento programado porque las reacciones químicas no modifican ni consumen el material del catalizador. Sin embargo, los catalizadores se inspeccionan con regularidad para detectar daños físicos o contaminación.

En el diseño de la planta de generación de Santa Clara, se incluyeron pruebas periódicas de calidad del aire mediante la colocación de tuberías Venturi antes y después de la catalización para facilitar la conexión a un analizador de emisiones. Con máquinas con una clasificación nominal de solo 0,5 g/bhp-hora de NOx sin postratamiento y 0,22 g/bhp-hora de CO con el catalizador, los grupos electrógenos cumplen sin complicaciones las normativas locales y federales sobre emisiones.

Como miembro de Utah Associated Municipal Power Systems (UAMPS), la ciudad de Santa Clara está interconectada a otros servicios públicos miembros para la compra y exportación de energía. Las decisiones sobre la generación de electricidad, ya sea para satisfacer la carga de la ciudad a petición de UAMPS o para la exportación por fuera de UAMPS, se pueden tomar con rapidez, y los grupos electrógenos pueden ponerse en funcionamiento en cuestión de segundos. El equipo de conmutación se adaptó a las necesidades de Santa Clara para incluir la protección del relé de red cuando se exporta la energía. El equipo de conmutación posee controles de sincronización y puesta en paralelo; lectura del estado del motor/generador, de la prealarma y las fallas de parada; funciones de control del sistema para la administración de carga; y anuncio del estado del sistema y de alarmas.

En el diseño del sistema, se incorporó un medidor de potencia JEMstar de AMETEK Power de Rochester, Nueva York, para garantizar una facturación precisa. El contador registra la cantidad de energía producida para Santa Clara frente a la cantidad suministrada a UAMPS para su exportación.

En esencia, el nuevo sistema de generación de energía permitirá que en la ciudad se garantice una potencia adecuada en los momentos de consumo de demanda máxima y en emergencias eléctricas, como cuando hay un apagón en toda la ciudad. Por ejemplo, con el nuevo sistema de generación, la empresa de servicios públicos puede suministrar suficiente energía para mantener los servicios de emergencia de los centros sanitarios e instituciones educativas.

También se reduce la necesidad de adquirir energía costosa en el mercado abierto y la empresa de servicios públicos tiene la oportunidad de generar ingresos. "Decidimos instalar este sistema de generación de energía para cubrir los costos de energía", afirmó Taylor. "En todo el Oeste, las tarifas están aumentando. Incluso podremos comercializar las ventas a otros usuarios de la UAMPS".

En Santa Clara escogieron a Caterpillar y Wheeler Power Systems porque tienen una excelente reputación de proporcionar un servicio sólido. "Sus referencias eran fantásticas", dijo Taylor. "Wheeler respalda su producto y lo hace a largo plazo".

Los grupos electrógenos Cat de 2 MW se eligieron por encima de otros modelos porque son los que mejor se adaptan a las necesidades energéticas de Santa Clara. "Somos una comunidad pequeña y nos resultaría muy difícil pasar a un generador de 5 MW", explicó Taylor. "Podemos producir 2 MW de potencia con los Generadores G3520C y, luego, sumar más unidades a fin de alcanzar el nivel que necesitamos para dar definir la carga".

La central se financia con un bono exento de impuestos a 20 años. Los responsables municipales han dejado claro que, para pagar el nuevo edificio o el funcionamiento de las instalaciones, las tarifas eléctricas no aumentarán.

Resultados

El sistema de potencia comenzó a funcionar en enero del 2007. El equipo de gestión del proyecto pasó de recibir la aprobación del municipio a tener el sistema en funcionamiento y plenamente operativo en solo seis meses, lo que permitió que la ciudad de Santa Clara mantuviera los costos bajos y las emisiones en niveles reducidos.

Hasta ahora, la ciudad ha ahorrado alrededor de $80.000 en un año gracias al proyecto. "En esencia, con el sistema de generación, nos pagamos a nosotros mismos, en lugar de pagarle al mercado", dijo Taylor, que también es miembro de la junta directiva de la UAMPS. La ciudad de Santa Clara ya ha registrado 1.030 horas por grupo electrógeno en el primer año de funcionamiento. En el verano del 2007, que fue sobre todo cálido, se demostró que la central eléctrica fue una inversión acertada. Para satisfacer las necesidades de hora pico, en Santa Clara sopesan el costo de la energía adquirida con el costo de la generación propia, y eligen la opción más económica. El personal de la empresa de servicios públicos busca en el mercado opciones de compra atractivas de potencia por contingente o desconectable destinadas a satisfacer las necesidades previstas para horas específicas del día. Así, evita los contratos grandes, de larga duración, de 24 horas y con entrega en firme.

Pero los beneficios van más allá del ahorro monetario. La fiabilidad y el rendimiento también contribuyen al éxito del sistema de potencia. "Utilizamos los grupos electrógenos casi todos los días de julio y agosto, entre 14 y 16 horas al día", dijo Brent Davis, supervisor de energía de la ciudad. "Los grupos electrógenos producen entre 1 MW y 2,5 MW al día según las necesidades", explica Davis. El sistema de generación interna proporciona una base para la estabilidad de precios. Con este, las autoridades de Santa Clara no deben participar en el mercado al contado de la energía de demanda máxima, que suele ser volátil. En caso de emergencia, el sistema podría transportar una parte importante de la carga básica. Los grupos electrógenos Cat avanzados alimentados a gas, junto con una estrategia de funcionamiento flexible, han proporcionado a los residentes de Santa Clara una fuente de energía eléctrica fiable y asequible durante muchos años.

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