Repositorio Institucional de Documentos

Trabajo Fin de Grado Racionalización del consumo eléctrico de un Centro de Transmisiones de Puesto de Mando y estudio del empleo de otras fuentes de energía. Autor CAC D. Miguel Orgillés Mañas Directores Tte. D. Javier Codesal Martín Prof. D. Joaquín Mur Amada Centro Universitario de la Defensa-Academia General Militar Año 2016 2 3 Resumen Este trabajo consiste en la búsqueda de nuevos sistemas o equipos que actúen como generadores de energía así como de procedimientos de actuación alternativos que permitan racionalizar el consumo eléctrico que exige un Centro de Transmisiones de Puesto de Mando (CTPC), en particular, el Centro de Transmisiones (CT) que establece la Compañía de Transmisiones de la Brigada Operativa Polivalente X (BOP X), antes conocida como Brigada Mecanizada X “Guzmán el Bueno” (BRIMZ X). Para alcanzar este objetivo definiremos en qué consiste un CTPC y qué consumo energético requiere cada uno de los elementos que lo integran. Además, se realizará un estudio sobre la viabilidad del uso de nuevas fuentes de energía para reducir parte, o la totalidad en un futuro, de la dependencia de los grupos electrógenos. Para llevar a cabo este trabajo se mostrará un estudio sobre las cuotas de consumo que presenta a día de hoy un Centro de Transmisiones de Puesto de Mando de una Brigada Mecanizada y las cuotas que presentaría ese mismo Centro de Transmisiones aplicándole medidas alternativas, que más adelante se plantearán. Dentro del apartado final de nuevas fuentes de energía haremos hincapié, sobre todo, en la energía solar, ya que es la más apta y viable para ser integrada en los sistemas de alimentación del Ejército de Tierra. Abstract This Project consists in the search for new systems or equipment to act as power generators, along with alternative processes which allow us to rationalize the electricity consumption that every Transmission Centre of Command Post demands. The main focus of interest will be the Transmission Centre of BOP X, previously referred to as BRIMZ X “Guzman el Bueno”. To achieve this objective, the exact composition of a CTPC will be defined, as well as the electricity consumption needed for each element of a CTPC. Furthermore, research concerning the viability of the use of other energy sources will be carried out in order to reduce the partial or total generator’s dependence. To develop this Project, a consumption rate analysis will be shown, retrieving data from the Transmission Centre of a Mechanized Brigade, along with a parallel rate analysis having applied these alternative processes later developed. At the end of the section “other energy sources”, solar energy will be suggested as the most suitable and viable replacement to be incorporated into Spanish Army energy systems. 4 5 Agradecimientos Quiero agradecer en primer lugar el esfuerzo, tiempo, dedicación y trabajo que invirtió el Teniente Don Javeir Codesal Martín en ayudar a sacar este TFG adelante. No sólo ayudó a sacar a delante el proyecto, sino que buscó en todo momento sacar el máximo provecho de las Prácticas Externas y que el alférez aprendiese el máximo sobre la función y cometidos de un Teniente en una Compañía de Transmisiones, la que realmente será su función en un futuro. Agradecer por igual a mi tutor civil Don Joaquín Mur Amada el trabajo y esfuerzo volcado en este proyecto, ya que, su aportación técnica y científica han sido clave para elevar el prestigio del trabajo. Como no, resaltar las aportaciones y el tanto tiempo dedicado de mi querida hermana Susana Orgillés Mañas, quien sin tener los conocimientos técnicos de esta materia no ha dudado en formar parte de este proyecto aportando y desarrollando nuevas ideas. Por último, quiero recordar con estas breves palabras a mis amigos de la Sección de Transmisiones de 5º curso, con los cuales he estado trabajando codo con codo durante tantas horas de proyecto, estudio y exámenes. 6 7 Índice Lista de figuras .................................................................................................................. 9 Lista de tablas ................................................................................................................... 9 Lista de acrónimos .......................................................................................................... 10 Capítulo 1. Introducción ................................................................................................. 11 1.1. Objetivos y alcance .............................................................................................. 11 1.2. Ámbito de aplicación y metodología ................................................................... 11 Capítulo 2. Definición de Puesto de Mando ................................................................... 13 2.1. Elementos del Centro de Transmisiones ............................................................. 13  La Sección de Radio.......................................................................................... 14  La Sección de RBA ............................................................................................ 14  La Sección de Satélite ...................................................................................... 14  La Sección de SIMACET .................................................................................... 14 2.2. Áreas de trabajo .................................................................................................. 15 2.3. Datos técnicos grupos electrógenos ................................................................... 16 Capítulo 3. Auditoria de consumo .................................................................................. 19 3.1. Procedimiento ..................................................................................................... 19 3.2. Campaña de medidas .......................................................................................... 20 3.3. Análisis de las mediciones ................................................................................... 23 3.4. Estimación del consumo y coste anual ................................................................ 24 Capítulo 4. Racionalización ............................................................................................. 25 4.1. Medidas de bajo impacto .................................................................................... 25 4.2. Medidas de impacto medio ................................................................................. 26 4.3. Medidas de alto impacto ..................................................................................... 27 4.4. Modelo Homer .................................................................................................... 29 Capítulo 5. Nuevas fuentes de energía........................................................................... 33 5.1. Fuentes de energía viables .................................................................................. 33 5.2. Antecedentes: Puesto de Mando Verde ............................................................. 33 5.3. Modelo Homer con energía solar ........................................................................ 34 CAPITULO 6. Conclusiones y líneas futuras .................................................................... 39 6.1. Conclusiones del proyecto .................................................................................. 39 6.2. Líneas futuras ...................................................................................................... 40 Bibliografía ...................................................................................................................... 42 Anexos ............................................................................................................................ 43 8 9 Lista de figuras Figura 1Ejemplo de despliegue de CTPC .................................................................................. 15 Figura 2: Rendimiento relativo de un grupo electrógeno ........................................................... 17 Figura 3: Vatímetro y pinzas amperimétricas ............................................................................. 46 Figura 4: Consumo del CT por horas .......................................................................................... 28 Figura 5: Diagrama de decisión del grupo electrógeno .............................................................. 29 Figura 6: Equipos a considerar para racionalizar ........................................................................ 30 Figura 7: Distribución horaria del consumo eléctrico del área de explotación .......................... 30 Figura 8: Gráfica del coste de los grupos electrógenos y tamaños a probar .............................. 31 Figura 9: Resultados de la simulación ..................................................................................... 41 Figura 10: Equipamiento considerado para la optimización……………………………………………..31 Figura 11: Gráfica del coste de las placas fotovoltaicas y tamaños a probar…………………………..32 Figura 12: Coste de las baterías medianas a probar……………………………………………………………….33 Figura 13: Resultados del proceso de optimización…………………………………………………………….….33 Figura 14: Diagrama planta electrógena 50 y 150 kVA…………………………………………………………..37 Lista de tablas Tabla 1: Consumo de los grupos electrógenos de la Compañía de Transmisiones .................... 16 Tabla 2: Consumo eléctrico medido en la estación Asturias ...................................................... 21 Tabla 3: Consumo eléctrico medido en el nodo SIMACET .......................................................... 21 Tabla 4: Consumo eléctrico medido en la estación Navarra ....................................................... 22 Tabla 5: Consumo eléctrico medido en la estación Rioja ........................................................... 22 Tabla 6: Consumo eléctrico medido en la estación MERCURIO 2000 / A ................................... 22 Tabla 7: Potencia aparente del centro de transmisiones ........................................................... 23 16 todos los grupos y plantas electrógenas estén lo más apartados del CTPC y juntos, pero muchas veces las limitaciones del terreno y las características de los cables provocan que los grupos estén en diferentes posiciones en torno al área de explotación, por lo tanto el área de energía no suele quedar bien definido sobre el plano. Por último, en el Área de vida se ubican los medios de vida y servicios propios del CT que hacen posible su normal funcionamiento en estos aspectos. Hay que tener en cuenta que la CIAT sólo se encarga de alimentar sus estaciones, las que hemos nombrado con anterioridad (Área Herciana y Área de Explotación). 2.3. Datos técnicos grupos electrógenos Como bien sabemos, la Compañía de Transmisiones cuenta con varios grupos o plantas electrógenas de diferentes potencias y características. Entre ellos podemos encontrar grupos de: 3 kVA, 5’5 kVA, 7’5 kVA, 10 kVA y 12 kVA. Según [2], [3], [4], [5] y [6] aunque sean a priori diferentes, todos ellos guardan algunas características en común. Entre ellas podemos destacar: motor diésel remolcable (menos en el caso de 3 kVA que no es remolcable), suministro energético a 220 Vca monofásica y 24 Vcc, una frecuencia de 50 Hz y un nivel sonoro de hasta 75 dB. Además, presentan un rango de temperaturas en las cuales se espera que los grupos operen correctamente, a saber, - 15 a 45ºC. En principio, el límite inferior no debería preocuparnos ya que es raro bajar de temperaturas tan gélidas en la península, pero sí que debemos tener cuidado cuando se hace uso de ellos en los días más cálidos de verano. Lógicamente, en el momento que se despliega en zonas de operaciones con climas extremos debemos tener mayor precaución en el uso. A continuación se muestra una tabla con los datos técnicos de varios grupos electrógenos utilizados durante las maniobras de las prácticas externas, gracias a la cual podemos obtener un consumo estimado de cada una de las áreas y su correspondiente gasto económico. Nótese que el consumo que indicaba la documentación de cada grupo es menor que el consumo estimado durante las prácticas. Esta diferencia se achaca a que los grupos trabajan en las estaciones a baja carga mientras que el consumo que aparece en la documentación técnica suele referirse a plena carga o a ¾ de la potencia nominal. Tabla 1: Consumo de los grupos electrógenos de la Compañía de Transmisiones *El consumo práctico ha sido estimado por los operadores durante las maniobras. 17 Para lograr que estas características permanezcan invariables en el tiempo y que los grupos sigan ofreciendo el mismo rendimiento, el mantenimiento se convertirá en la piedra angular de los operadores. Procedimientos de arranque o apagado 4 , limpieza de los filtros (extremadamente importante en terrenos desérticos), establecimiento de relevos (sólo el caso particular de la planta de 12 kVA presenta dos motores para relevarse) para los grupos que no dispongan de dos motores o trabajar en torno al 75% de la capacidad total del grupo serán una pequeña serie de medidas dentro de un gran conjunto que afectarán tanto al operador como al escalón de mantenimiento de la Compañía. La siguiente figura muestra el rendimiento del grupo frente a la carga que se le conecta, como puede observarse, la franja óptima para conseguir el mayor rendimiento es trabajar con una carga entre el 50 y el 100 % Figura 2: Rendimiento relativo de un grupo electrógeno 5 Como ya veremos más adelante, la tendencia general es abandonar los grupos de 3 kVA, ya que éstos no consiguen satisfacer las demandas energéticas de las estaciones a las que están asignados. Lo ideal sería disponer de plantas de mayor potencia (20, 40 o 50 kW) donde poder conectar, de forma centralizada, todos los equipos de cara área de trabajo. 4 Arranque del motor: El motor debe funcionar sin carga durante 3 minutos. Parada del motor: Antes de parar el motor, girar la palanca de velocidad a la posición de velocidad baja dejándolo ir sin carga durante 3 minutos. Colocar la palanca de velocidad en la posición “STOP”. Si el arranque ha sido eléctrico, girar la llave a la posición “OFF”. Sacar la manija de rebote hasta sentir presión. Y por último, las válvulas de admisión y escape se cerrarán, evitando así que se oxide el motor. 5 Fuente: http://grupoelectrogeno.ventageneradores.net (última consulta 22/01/2017). 18 19 Capítulo 3. Auditoria de consumo 3.1. Procedimiento El objetivo de este capítulo es calcular el consumo total de nuestro CT, es decir realizar una auditoría de consumo. El consumo total puede variar cada vez que se realiza el montaje del CT en función de la estación del año en la que se realicen las maniobras (verano - invierno) o en función del número de equipos externos que se empleen (ordenadores, móviles, ventiladores, calefactores, etc.). Por ello, este capítulo estará apoyado por una serie de tablas que recogerán todos los datos del consumo energético en cada una de las estaciones en sus diferentes situaciones. Para llevar a cabo las mediciones se utilizó un vatímetro 6 y unas “pinzas amperimétricas” 7 con la finalidad de contrastar los datos obtenidos en los vatímetros. Téngase en cuenta que a la hora de llevar a cabo las mediciones se encontraron las siguientes limitaciones: - Estos equipos no disponen de la última tecnología para realizar mediciones, lo cierto es que los datos obtenidos con su uso alcanzan un porcentaje de fiabilidad del 90%. - Las especificaciones técnicas de estos dos aparatos aseguran un buen funcionamiento hasta 20 A. - Limitación temporal. las medidas deberían tomarse en diferentes estaciones del año o climas; algo que la limitación temporal de las Prácticas Externas no permite. - Mejores condiciones. Las estaciones no estaban centralizadas en un punto y gran parte de ellas se encontraban fuera de servicio generando grandes pérdidas de tiempo. Sin perjuicio de lo anterior, los datos obtenidos son los suficientemente precisos como para extraer unas conclusiones fiables sobre el nivel de consumo energético de nuestro CT. Figura 3: Vatímetro y pinzas amperimétricas 8 6 Permite medir factor de potencia, potencia real, corriente, voltaje y factor de potencia acumulado. 7 Permiten medir corriente y voltaje. 8 Fuente: https://www.google.es/search?q=vatimetro&espv=2&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiem fnQ19bSAhXL5lQKHZA2Ae8Q_AUIBigB&biw=1366&bih=613&dpr=1#imgrc=EiYr_611iLYdGM (última consulta 10/03/2017). 20 Debido a que en cada área de trabajo se utilizan unos medios específicos, hemos diferenciado los consumos por estaciones. Con ayuda de las tablas auxiliares podemos comparar qué consumo alcanza cada estación en: 1. Régimen normal (se conectan los equipos de dotación necesarios para realizar la maniobra, Anexo A). 2. Cuando se hace uso del aire acondicionado. 3. Cuando se hace uso de la bomba de calor. ¿Por qué hemos diferenciado el consumo cuando se utiliza aire acondicionado y bomba de calor? Porque estos equipos son los que presentan un consumo más elevado, llegando a alcanzar hasta el 85% del consumo total de la estación. Con esta comparación podremos comprobar si el grupo o planta electrógena de dotación tiene capacidad suficiente como para soportar los picos de consumo que provocan los equipos, o en caso negativo, se queda corta para satisfacer las necesidades energéticas de las estaciones. Debido a las limitaciones de conectividad de los citados aparatos de medición, las mediciones fueron tomadas sobre la propia red eléctrica. Esto quiere decir que los cálculos no han sido realizados sobre la tensión teórica de 230 V que debería suministrar la red, sino sobre los 238 V reales que entran en nuestros equipos. También debemos saber, antes de analizar las tablas, que la potencia activa no presenta un valor fijo a lo largo del tiempo, por lo que el valor que observamos en las tablas se corresponde con el valor medio en el tiempo. Por otro lado, el amperaje aunque sufre pequeñas oscilaciones se mantiene constante a lo largo del tiempo si no se modifica la carga conectada. 3.2. Campaña de medidas Comenzamos por la estación Asturias. Esta estación es la segunda que más consume dentro del PC, por eso dispone de una planta de 12 kVA. Si vemos el valor máximo estimado para la potencia aparente (4,70 kVA) en la tabla 2, esta planta estaría trabajando en torno al 40 % de su capacidad total, lejos de ese 75 % óptimo que hablamos en el apartado 2.3, lo que nos permitirá mayor flexibilidad a la hora de racionalizar. La tabla no registra la potencia cuando se hace uso de la bomba de calor, como podemos ver en el resto de tablas, y es debido a las altas temperaturas que se alcanzan en el interior del shelter como consecuencia de los equipos. Tanto en invierno como en verano es necesario el uso del aire acondicionado para mantener tanto a los equipos como al operador en buenas condiciones. Puede llamar la atención que la potencia activa cuando se hace uso del aire acondicionado se encuentra en la mitad y no cerca de esos 5060 W esperados, esto es debido a que el día que se tomaron las medidas la temperatura no era muy elevada y el cielo estaba nublado. Con esto podemos concluir a priori que la planta no va a presentar problemas para afrontar las necesidades energéticas de la estación Asturias. 21 Tabla 2: Consumo eléctrico medido en la estación Asturias ESTACIÓN ASTURIAS EQUIPOS DOTACIÓN EQUIPOS DOTACIÓN + A-A DOTACIÓN (5060 W) POTENCIA ACTIVA 640 W 2448 W CORRIENTE 4,00 A 15,30 A POTENCIA APARENTE 1,06 kVA 4,70 kVA A continuación encontramos el Nodo Simacet, comprobando la Tabla 3 podemos ver que es la estación con el consumo más alto (5,30 kVA en invierno y 2,15 kVA en verano). Debemos tener en cuenta que estas medidas fueron tomadas en unas circunstancias similares a las de la estación Asturias, esto quiere decir, que la potencia activa y la corriente no se muestran en sus valores máximos porque el aire acondicionado solo necesitaba regular la temperatura un par de grados. Si las medidas hubiesen sido tomadas un día de intenso calor, la potencia activa hubiese alcanzado valores cercanos a los 6500 W. Otro aspecto que debemos tener en cuenta es la temperatura a la que queremos tener nuestro shelter, ya que el aire acondicionado dispone de un regulador de temperatura. Tanto los operadores de la estación Asturias como del Nodo SIMACET regulan la temperatura a 23º en verano y a 28º en invierno. Esto nos va a permitir trabajar en un rango de temperaturas de acuerdo al bienestar del operador y el grado de racionalización que queramos aplicar. Como ya hemos dicho en el capítulo 2, el Nodo dispone de una planta de 12 kVA por lo que la planta está trabajando al 45% en invierno y entorno al 18% de su capacidad total en verano. Tabla 3: Consumo eléctrico medido en el nodo SIMACET NODO SIMACET EQUIPOS DOTACIÓN EQUIPOS DOTACIÓN + A-A DOTACIÓN ( 6500 W ) EQUIPOS DOTACIÓN + BOMBA DE CALOR (5000 W) POTENCIA ACTIVA 1794,50 W 2041,50 W 4940 W CORRIENTE 7,89 A 9,04 A 22,37 A POT. APARENTE 1,88 kVA 2,15 kVA 5,30 kVA Ahora entramos en las medidas de las estaciones RBA. Esta pareja de estaciones son las que presentan el consumo más bajo, por eso disponen de grupos electrógenos de menor potencia. Si comprobamos las tablas 4 y 5 vemos que, para empezar, las estaciones no disponen de equipo de airea condicionado o bomba de calor. Esto es debido a que las estaciones están montadas sobre TOA (Transporte oruga acorazado) por lo que se requerirá un equipo calefactor externo para el invierno y aire acondicionado portátil para el verano. Ambas estaciones disponen de un grupo de 3 kVA de dotación, con lo que para el consumo máximo estimado de 2,49 kVA y 2,03 kVA respectivamente, en invierno los grupos estarían trabajando en torno al 83 % y al 68 % 22 de su capacidad total. Por otro lado, en verano, los grupos estarían en porcentajes cercanos al 68 % y 53 % respectivamente. Tabla 4: Consumo eléctrico medido en la estación Navarra ESTACION NAVARRA EQUIPOS DOTACIÓN EQUIPOS DOTACIÓN + A-A (2000 W) EQUIPOS DOTACIÓN + CALEFACTOR (1800 W) POTENCIA ACTIVA 454,80 W 1679,13 W 2220,74 W CORRIENTE 2,76 A 8,19 A 10,60 A POT. APARENTE 0,66 kVA 2,00 kVA 2,49 kVA Tabla 5: Consumo eléctrico medido en la estación Rioja ESTACION RIOJA EQUIPOS DOTACIÓN EQUIPOS DOTACIÓN + A-A (2000 W) EQUIPOS DOTACIÓN + CALEFACTOR (1800 W) POTENCIA ACTIVA 131,83 W 1356,16 W 1705,20 W CORRIENTE 0,8 A 6,62 A 8,64 A POT. APARENTE 0,18 kVA 1,58 kVA 2,03 kVA Y por último tenemos la estación radio. Cada PC debe disponer de tres estaciones Mercurio, los cuales pueden ser de tipo 2000 o A. En la práctica, el consumo del Mercurio 2000 y el Mercurio A es muy similar y en base a las medidas tomadas, consideraremos el mismo consumo en ambos casos. Al igual que las estaciones RBA, los Mercurio no disponen de aire acondicionado ni calefacción por lo que usan los mismo equipos auxiliares que las estaciones RBA para la climatización. Como ya dijimos en el capítulo 2, los Mercurio 2000 disponen de grupos electrógenos de 5,5 kVA con lo que están trabajando en rendimientos bajos, 40 % en invierno y 32% en verano. Sin embargo los Mercurio A solo disponen de grupos de 3 kVA con lo que en invierno trabajan al 73% de su capacidad y en verano al 58 % de su capacidad total. Tabla 6: Consumo eléctrico medido en la estación MERCURIO 2000 / A MERCURIO 2000 / A EQUIPOS DOTACIÓN EQUIPOS DOTACIÓN + AIRE ACONDICIONADO EQUIPOS DE DOTACIÓN + CALEFACTOR (1800 W) POTENCIA ACTIVA 200,5 W 1489,32 W 1881,87 W CORRIENTE 1,45 A 7,27 A 9,29 A POT. APARENTE 0,35 kVA 1,73 kVA 2,18 kVA Una vez que hemos calculado cada elemento de nuestro CT por separado, podemos hacer el sumatorio para saber el consumo total estimado tanto para maniobras realizadas en verano como en invierno. Tenemos que tener en cuenta que a la hora de calcular el consumo total, debemos multiplicar por tres el consumo del Mercurio 2000 ya, que, como se ha indicado anteriormente hay tres estaciones de estas características en cada PC. Como vemos en la tabla 7 los valores ascienden hasta los 21,06 kVA en invierno y 11,98 kVA en verano. También, gracias a la misma tabla podemos ver el 23 consumo por áreas de trabajo, algo muy útil para el capítulo 4 donde aplicaremos métodos de racionalización. En esta tabla solo aparecen dos de las cuatro áreas de trabajo; área de explotación y área herciana porque son las únicas que poseen estaciones del CT. Dado que el factor de potencia es similar en ambas áreas, la potencia aparente total es la suma de las dos áreas. Tabla 7: Potencia aparente del centro de transmisiones CENTRO DE TRANSMISIONES VERANO INVIERNO TOTAL 15,62 kVA 21,06 kVA AREA EXPLOTACION 8,85 kVA 12,49 kVA AREA HERCIANA 6,67 kVA 8,57 kVA 3.3. Análisis de las mediciones Una característica común de las mediciones es que la climatización es el grueso del consumo eléctrico de todas las estaciones. Otra característica es que los grupos electrógenos de más de 3 kVA trabajaban a muy baja carga durante la campaña de mediciones y, por tanto, con bajo rendimiento. Los primeros datos de la estación Asturias muestran un desaprovechamiento de la potencia de la planta electrógena, lo que nos permitirá más adelante poder realizar un ajuste más eficiente de los medios. También podemos concluir que el consumo de esta estación va a ser siempre el mismo, independientemente de la estación del año en la que nos encontremos (en el caso de que se trabaje a temperaturas muy bajas, habría que reajustar el consumo ya que no sería necesario utilizar el aire acondicionado). De igual manera, el Nodo Simacet arroja unas conclusiones similares, se está desaprovechando potencia de la planta electrógena. En este caso vemos que el consumo en invierno es notablemente superior al de verano, consecuencia que se repetirá en todas las estaciones del CT debido a las características técnicas de los equipos acondicionados. Como en ambas estaciones no estamos trabajando en la franja de rendimiento óptima de los grupos electrógenos, en el siguiente capítulo veremos qué medidas podemos aplicar para racionalizarlo. En la misma línea encontraríamos las estaciones Mercurio 2000, donde el consumo no alcanza ni la mitad de la potencia que podría ofrecer el grupo electrógeno de dotación. Sin embargo, el Mercurio A; que cuenta con un grupo electrógeno de 3kVA sí que se ajusta de manera satisfactoria a los porcentajes óptimos de funcionamiento. En el caso del Mercurio A en invierno, el grupo trabaja casi en el 75 % de su capacidad, pero debemos tener en cuenta que se producen picos de consumo incontrolables y que es muy complicado que el grupo ofrezca la totalidad de su potencia debido al desgaste y deterioro. Como ya vimos en el apartado 2.3 los grupos de 3 kVA presentan muchas limitaciones y es complicado que puedan trabajar al 75% de su potencia original, por lo que concluimos que, las estaciones radio tipo A deberían contar con el apoyo de grupos electrógenos de mayor potencia. 24 Por último, los grupos de las estaciones RBA van a estar en las mismas condiciones que los Mercurios A. Tenemos que intentar hacer uso de otra fuente de energía ya que, por sí solos, no van a conseguir satisfacer la demanda exigida en inverno. Aunque teóricamente se alcancen valores óptimos en verano, en la práctica el grupo de 3 kVA no aguanta la carga que se le exige por los motivos que ya venimos relatando. Durante las prácticas externas no se ha podido medir el consumo en condiciones climáticas extremas. El grupo electrógeno pierde un 2% de eficiencia por cada 5° que superan los 20°C de la temperatura ambiente. Tampoco se pudo contar con un analizador de redes que registrase el perfil de consumo durante varios días y los picos de consumo. Durante el arranque del sistema de climatización del Nodo Simacet, se observó que el vatímetro indicaba que se había alcanzado la máxima corriente que podía medir el aparato. Esta máxima corriente es de 20 A y obtuvimos una medida de 22,37 A por lo que el vatímetro no nos garantiza una medición fiable. Debido a que los picos de consumo son un factor determinante en el dimensionamiento óptimo de los grupos electrógenos pequeños, hubiera sido conveniente disponer de equipos de mayores prestaciones para medir adecuadamente los picos de consumo. La necesidad de suministrar estos picos de consumo, junto con la decisión de elegir un grupo electrógeno que vaya sobrado para suministrar potencia en el peor de los casos, puede explicar la baja carga con que trabajaban muchos grupos que se han medido. 3.4. Estimación del consumo y coste anual Una vez que hemos conseguido definir el modelo, las características y los consumos de nuestro Centro de Transmisiones vamos a comprobar qué inversión monetaria requiere cada año este CT para funcionar. Para calcularlo emplearemos la tabla 1 de consumos y el anexo B de horarios de funcionamiento; además de estimar un precio medio del diésel en torno al 1,134 €/L (este dato será empleado para realizar todos los cálculos de costes anuales). No se va a tener en cuenta los costes de mantenimiento, ni de transporte, ni el coste inicial de adquisición de los medios, sino única y exclusivamente el gasto energético. De acuerdo a los consumos establecidos, obtenemos un coste anual de combustible de 21.187 € al año; lo que equivale a 18.684 litros de diésel. A priori no se puede evaluar el alcance de esta cifra ya que no se tiene con que compararla, pero sí se puede asegurar que es un gasto considerable de la Brigada. A partir de aquí, trataremos de aplicar diferentes métodos y técnicas para reducir este gasto, y comprobar si realmente es posible aumentar el rendimiento y la eficacia de nuestros medios. 25 Capítulo 4. Racionalización El objetivo de este capítulo es encontrar diferentes medidas para, como bien dice el título, racionalizar e intentar mejorar el rendimiento de los equipos que aportan la energía en el CT. El capítulo está agrupado según el grado de efectividad de las medidas a emplear, encontrando hasta tres tipos de medidas: medidas de bajo impacto, medidas de impacto medio y medidas de gran impacto. Vamos a proponer diferentes medidas que en función del presupuesto asignado a la Brigada se podrían implementar en mayor o menor medida. 4.1. Medidas de bajo impacto Dentro del presente apartado relativo a medidas de pequeño impacto describiremos aquellas referidas al uso eficiente de los medios, en concreto tres medidas que guardan relación con el correcto procedimiento de trabajo del operador. Estas medidas no conseguirán grandes avances a corto plazo, pero si son aplicadas de manera rutinaria en todos los ejercicios de maniobras podrían conseguir grandes efectos. Además, no van a suponer una innovación tecnológica sino, un adecuado y responsable procedimiento de trabajo, por lo que la formación de los operadores será la clave para conseguir resultados positivos. Debido a la imposibilidad de analizar y comprobar estas medidas no podremos saber el grado de efectividad económica que supondrían. En esencia, nos referimos a las siguientes medidas: 1. Localización de las Estaciones: Como ya hemos podido comprobar en las tablas de consumo del capítulo 3, los equipos refrigeradores y bombas de calor son los equipos con mayor consumo. Es por ello que, antes de desplegar nuestro CT, debemos intentar buscar una zona que nos permita resguardar nuestros vehículos y shelters de condiciones climáticas extremas, en la medida que las características de nuestras estaciones nos lo permita. Por ejemplo, hacer uso de las redes miméticas o buscar el abrigo de arboledas o sistemas montañosos que reduzcan los efectos del viento o que nos protejan de las altas temperaturas del verano. ¿Esto qué nos va a permitir? Si los equipos de climatización de los shelter y los equipos auxiliares disponen de un sistema regulador de temperatura, podríamos tenerlos operando a temperaturas más bajas en invierno y más altas en verano. 2. Horarios de trabajo: Como hemos visto en el apartado de grupos electrógenos, estos equipos generadores de corriente no pueden trabajar ininterrumpidamente veinticuatro horas al día siete días a la semana; necesitan relevarse si no disponen de dos motores. Como regla general se debería establecer un horario de trabajo durante el día y un periodo de descanso durante la noche en el cual solo funcionasen los grupos o plantas que dan servicio a las mallas de radio HF y malla EVASAN 9 . El horario de trabajo tipo que se va a establecer se encuentra detallado en el Anexo B y representado gráficamente en la figura 4. 9 Estas mallas radio deben estar enlazadas y en funcionamiento desde que se inicia la maniobra hasta que se decreta el fin del ejercicio. 32 de una estimación y una simulación mediante software en condiciones teórico ideales, por lo que, una vez trasladado el modelo alternativo a la realidad, los resultados podrían verse alterados ligeramente. En efecto, en el momento en que cualquiera de las medidas propuestas no se ajuste a lo ideal esta racionalización sería cada vez menos efectiva. No obstante lo anterior, conviene poner de manifiesto que la implementación de este nuevo modelo implicaría realizar la compra de dos grupos electrógenos dado que los existentes no disponen de la suficiente potencia como hacer frente a las exigencias energéticas derivadas del citado modelo alternativo, lo que supondría un gasto muy importante para la Brigada. En efecto, la planta de 15 kVA implicaría una partida de 4700 €, mientras que la planta de 25 kVA supondría una partida de 5200 €. En consecuencia, teniendo en cuenta el ahorro monetario anteriormente indicado que supondría la implementación del modelo alternativo (7.500 € al año) se observa que el desembolso inicial necesario para adquirir las nuevas plantas electrógenos se amortizaría en 2 años. 33 Capítulo 5. Nuevas fuentes de energía 5.1. Fuentes de energía viables La última parte de este proyecto se compone de un pequeño estudio sobre el posible empleo de energías alternativas que nos permitan reducir la dependencia de los grupos y plantas electrógenas. Por motivos de potencia, es imposible que a día de hoy, un equipo generador de energías renovables sustituya por completo a nuestros grupos de gasolina, pero sí que pueden compaginarse. Existen muchos tipos de energías alternativas, sin embargo, debemos tener en cuenta las características de entorno donde van a operar nuestros sistemas. Cualquier nuevo equipo que se implemente en el Puesto de Mando debe respetar los principios de movilidad, seguridad y velocidad de despliegue que tienen todos los elementos de centro. Durante unas maniobras normales, los PC realizan varios saltos 16 en el terreno en el menor tiempo posible, es decir, el PC debe recogerse y montarse a kilómetros de distancia en apenas un par de horas. En el momento que trabajásemos con cualquier energía alternativa estos tiempos de montaje y repliegue aumentarían exponencialmente, además de que los equipos podrían sufrir graves daños durante el proceso. Pese a este hándicap, vamos a realizar un pequeño estudio con energía solar, ya que dentro de las limitaciones que se presentan son los equipos más flexibles y prácticos de manipular. 5.2. Antecedentes: Puesto de Mando Verde Las energías alternativas están evolucionando y cogiendo fuerza rápidamente, de ahí que, la Brigada de Córdoba, en caso de implementar energía solar dentro de sus fuentes de alimentación, no sería pionera en el ámbito del Ejército de Tierra. La BOP XII antes conocida como la Brigada Acoraza Guadarrama XII fue la primera en integrar placas solares entre sus equipos para dar servicio a los sistemas del puesto de mando, el cual fue bautizado con el nombre de Puesto de Mando Verde 17 . Los requisitos operativos que buscaba este Puesto de Mando de Verde eran los de alimentar todos los equipos relacionados con iluminación, informática, radios y climatización teniendo en cuenta que se desarrollaría en ciclos de trabajo de 24 horas al día durante los 7 días a la semana. Al igual que los problemas de movilidad que originarían las placas solares en los medios de la Brigada de Córdoba, la BOP XII también tuvo que hacer frente a este hándicap y buscar la misma movilidad táctica que el resto de Puestos de Mando. Para lograrlo 18 , se introdujeron nuevos módulos donde poder instalar las placas solares dentro de un TOA de carga; estos nuevos módulos fueron: módulos fotovoltaicos en la parte superior del TOA y un módulo armario que haría las 16 La palabra salto en el argot militar quiere decir la realización de un cambio de posición en el terreno, en este caso, el cambio de posición de todo el PC. 17 Verde es un acrónimo formado por las palabras Vehículo productor, Energía, Rápido, Despliegue y Ecológico. 18 Los resultados obtenidos sobre la adaptación de este sistema a las funcionalidades del Puesto de Mando no han sido definidos y por tanto no podemos asegurar que lograsen el objetivo final de integración. 34 funciones de acumular (acumulador), regular (regulador), invertir (inversor) y gestionar la carga. Este nuevo avance en las energías alternativas propició una serie de mejoras inmediatas y otras a más largo plazo: - Entre las de corto plazo destaca la mejora en aspectos tácticos como son la reducción del ruido, reducción de la radiación térmica, reducción del mantenimiento de los grupos electrógenos y reducción del abastecimiento (combustible). - En el largo plazo, se consigue una recuperación del dinero invertido debido al ahorro de combustible, además de la evidente reducción de la contaminación y mejora del medio ambiente. Lógicamente, estas energías están atadas a las condiciones climatológicas y a las condiciones del terreno en el cual se desenvuelven nuestras unidades, lo que limita a corto plazo el empleo de placas solares en zona de operaciones pero no cierra la puerta por completo al empleo de éstas en campos de maniobras nacionales. 5.3. Modelo Homer con energía solar Debido a que es imposible probar “insitu” la operatividad de las placas solares en la Brigada de Córdoba, ya que requeriría su compra y puesta en funcionamiento, vamos a realizar una simulación con ayuda del software informático que venimos empleando. Partiremos del modelo realizado con Homer en el apartado 4.4 pero con la peculiaridad de introducir placas fotovoltaicas para interpretar que efectos traerían en nuestros consumos. En la figura 10 podemos ver cómo queda la estructura de nuestro modelo energético: dos generadores, dos cargas primarias, un conversor, tres baterías (H3000, H200 y H600) y las placas fotovoltaicas (PV). Figura 10: Equipamiento considerado para la optimización 19 19 Fuente: elaboración propia. 35 Nótese que es mismo modelo de la figura 6 empleado anteriormente pero con la peculiaridad de la introducción de la energía solar. Como vemos en la figura 11 la pantalla de configuración de las placas solares nos permiten introducir una serie de inputs similares a los inputs introducidos para los generadores (potencia, coste, coste de reemplazo, etc.) pero además, nos permite configurar las peculiaridades de las placas fotovoltaicas: tiempo de vida, factor de pérdidas, el % de reflexión del suelo y lo más importante, la orientación de nuestras placas con respecto al sol. El propio programa Homer mediante la ip de nuestro ordenador puede localizar nuestra posición y cargar el modelo de radiación solar que sufre nuestra zona de trabajo (España) en la franja temporal que deseemos. Figura 11: Gráfica del coste de las placas fotovoltaicas y tamaños a probar 20 También hemos de establecer la configuración que tendrán las tres baterías de nuestro modelo. En este caso el propio programa nos permite usar una base de datos de baterías civiles, además de disponer de los accesos directos a la página web oficial del fabricante. Nosotros solo tenemos que elegir el modelo que mejor se ajuste a nuestras necesidades y el programa carga automáticamente todos los datos técnicos de las baterías. En la figura 12 podemos comprobar todas estas facilidades que nos brinda el software. 20 Fuente: Elaboración propia. 36 Figura 12: Coste de las baterías medianas a probar 21 Una vez que hemos completado la configuración de todo nuestro sistema energético vamos a comprobar que fuente de energía es la más rentable para el PC. En la figura 13 se observan analíticamente todo el desglose de resultados con las cuatro opciones, nótese que la última solución es la anteriormente obtenida trabajando sólo con generadores. Homer ha ordenado de arriba abajo las soluciones más baratas y rentables para nuestro sistema. Como era de esperar, la solución con generadores es la más barata de implementar (13.000€) pero la más costosa de mantener (27.723 €), al contrario que la solución con placas solares, la cual es la más cara de implementar (84.482€) pero la más barata de mantener (122.878€). Figura 13: Resultados del proceso de optimización 22 A priori, se ha comprobado que la energía solar es la mejor opción energética que cualquier sistema similar al aquí planteado podría utilizar. Pero, ¿Realmente es viable integrar tácticamente en un PC placas solares de 60 kW? No se deben olvidar los principios funcionales de movilidad, velocidad y seguridad de los que la Brigada hace gala. Estos principios hacen que sea totalmente imposible integrar placas solares en nuestro despliegue ya que:  El montaje y desmontaje debe realizarse en un muy breve periodo de tiempo. Las placas solares aumentarían estos tiempos de despliegue de manera drástica.  Se tendría que disponer de personal cualificado para la instalación y puesta en funcionamiento de las placas. 21 Fuente: Elaboración propia. 22 Fuente: Elaboración propia. 37  La placas fotovoltaicas están diseñadas para integrase en un sistema fijo, el desmontaje y montaje continuo acabaría por deteriorar las propiedades de estos sistemas tan frágiles.  Por último, los desplazamientos que se realizan en los cambios de posición de los PC se realizan por caminos no aptos para el transporte de material frágil, en cuestión de meses las placas solares podrían dejar de funcionar. En definitiva, se puede concluir que, si bien la energía solar se configura como una de las opciones más rentables de las que se dispone actualmente, lo cierto es que su integración en nuestro CTPC no resultaría viable ni operativa por los motivos arriba indicados. A pesar de lo anterior, sería aconsejable estudiar su implementación en aquellos sistemas o emplazamientos del Ejército que fueran fijos o semi-permanentes. El estudio de energías alternativas en bases y acuartelamientos españoles es un tema que se escapa del ámbito de este TFG pero que sería una solución bastante viable debido al carácter permanente de las instalaciones militares. Incluso ampliando el ámbito de aplicación de estas energías podrían ser implementadas en las propias bases semipermanente que dispone España en el extranjero, como son la Base Miguel de Cervantes en el Libano o la Base en Herat-Afganistán. 38 39 CAPITULO 6. Conclusiones y líneas futuras 6.1. Conclusiones del proyecto El objetivo de este último capítulo va a ser la de ofrecer unas conclusiones particulares para dejar sintetizado este TFG en un par de ideas. Además podremos encontrar una serie de líneas futuras que, con mucha seguridad, marcaran el devenir de los equipos de transmisiones de nuestra Brigada. Las primeras conclusiones que se sacan en referencia a este TFG es la precisión con la que se ha realizado. Como hemos venido relatando, la toma de mediciones no se realizó en las mejores condiciones posibles ni se pudieron realizar mediciones en diferentes situaciones, escenarios ni climas. También debemos dejar patente que la tecnología de nuestros aparatos de medición era limitada y no nos aseguraban una precisión elevada en las medidas. Sin perjuicio de lo anterior, los datos obtenidos son lo suficientemente precisos como para extraer unas conclusiones fiables sobre el grado de consumo energético de nuestro CTPC. Por otro lado, a raíz de las datos obtenidas en la campaña de medidas podemos asegurar que el CTPC de la BOP X presenta unas características y un consumo tal, que requeriría una adaptación más eficiente de sus medios, es decir requeriría efectuar una racionalización el consumo. En este caso, las medidas estudiadas y modeladas han arrojado unos resultados positivos en este aspecto, pero esto no quita que existan mecanismos más técnicos y prácticos, no tenidos en cuenta en este TFG, que también lograrían similares o mejores resultados. Independientemente de las medidas a aplicar, queda constatado que es completamente viable y necesario hacer un estudio de racionalización del consumo eléctrico en el CTPC. Además, no debemos olvidarnos de la modernización de los medios generadores de energía. Estos grupos electrógenos tan viejos, ruidosos y deteriorados que necesitan ser reemplazados para seguir ofreciendo a las estaciones las capacidades energéticas requeridas. Para no desperdiciar la energía de estos generadores se debería tener en cuenta asimismo que el mayor consumo energético se debe a la climatización, por ello, resulta muy conveniente mejorar el aislamiento térmico y disminuir las pérdidas de ventilación en las estaciones, los módulos y los puestos. Siguiendo el orden cronológico del TFG llegamos al apartado de energías alternativas. La primera y más contundente conclusión que sacamos de nuestro análisis es la imposibilidad de integrar energías alternativas en nuestros despliegues. Hemos visto que cualquier sistema que utilicemos en nuestro CT debe respetar los principios de movilidad, velocidad y seguridad de la Brigada y estos sistemas alternativos planteados no lo consiguen. Sin embargo, los datos parciales arrojados por el software Homer dictan que la energía solar seria la opción más rentable para alimentar las cargas primarias de nuestro CT. Por tanto, la segunda y decisiva conclusión que obtenemos es que deberíamos invertir en energía solar en las instalaciones y bases permanentes y semi-permanentes que se estén abasteciendo eléctricamente de grupos electrógenos y que puedan contener un “campo solar”. El periodo de retorno de la inversión depende fuertemente de los meses de utilización, de la irradiación solar, del coste de la instalación y del coste del combustible. Con el precio de combustible en España y con una ocupación de sólo 4 meses al año, en apenas unos años estaríamos rentabilizando 40 la inversión y ahorrando dinero, además de mejorar medioambientalmente. En zonas conflictivas donde sea posible desplegar energía solar, el mayor coste de combustible disparará la rentabilidad de la energía renovable. 6.2. Líneas futuras Con la segunda parte de este capítulo queremos mostrar la intención que de cara al futuro tienen la División de Operaciones y la División de Logística del Ejército. Se pretende visualizar los planes de futuro que el Ejército quiere llevar a cabo y analizar si parte o la totalidad de ese modelo energético que proyecta para un futuro dista mucho de la alternativa que hemos planteado a lo largo de este TFG. Para conocer en mayor grado de detalle ese plan de futuro hemos hablado con el Teniente Coronel Hidalgo destinado en la ACING, quien ha participado en las reuniones donde estas cuestiones han sido analizadas. Como ya dijimos en la introducción, todos los años la División de Operaciones convoca una reunión donde se estudia cómo se invertirá el presupuesto anual asignado al apartado de Transmisiones. Esta última inversión se encuentra dentro de un plan de mayor envergadura conocido como Plan MC3. Gracias al conocimiento del Teniente Coronel hemos podido saber que este plan tiene como objetivo principal evolucionar del concepto C2 (comando y control) al concepto C4ISR (comando, control, comunicaciones, computación, inteligencia, vigilancia y reconocimiento) lo cual implica una mayor información para los órganos de mando y control del Ejército y establecimiento de una estructura EoIP (Every on IP) determinado por la calidad de servicio. Además, este plan busca dotar a las unidades de medios más tácticos para las misiones, de proporcionar enlaces con territorio nacional punto a punto, enlaces intrateatro de acceso bajo demanda (DAMA) y con gestión dinámica del ancho de banda (BoD: Bandwith on demand), enlaces en movimiento y disponer de medios con capacidad UHF/TACSAT (Tactical Satellite). ¿Cómo se traducen todos estos avances en medios tácticos? La idea es dotar a las Brigadas del vehículo SATQH (Satellite At The Quick Halt) para sustituir a la estación satélite Asturias. Este vehículo tiene como particularidad la gran velocidad de asentamiento y enlace, además de disponer para ello de 3 enlaces Secomsat simultáneos en banda X y Ka. Otro vehículo de capacidades similares es el SOTM (Satellite On The Move) el cual nos permitirá establecer un enlace satélite en movimiento en la banda X o Ka. Este vehículo es un gran avance para la seguridad de nuestra gente ya que nos permitirá disponer de comunicaciones por satélite sin necesidad de detener un convoy en medio de una ruta conflictiva. Dejando de lado el plan MC3 y los medios que lo componen, entramos a valorar los planes de futuro con respecto a los grupos electrógenos (concernientes a una Brigada). Pues bien, en la parte inferior derecha de la figura 14 vemos que esos planes de futuro coinciden precisamente con el planteamiento estudiado en el capítulo 4. Se quieren eliminar todos los grupos electrógenos de cada área de trabajo y reemplazarlos por una sola planta electrógena de 50 kVA de potencia. De esta planta colgará un cuadro de distribución principal (CDP) de donde se sacarán varios cuadros de distribución secundaria (CDS). Cada CDS nos permitirá disponer de 3 conectores militares (3P monofásico) 3 conectores Shucko (monofásico) y una entrada y una salida 41 CETAC (trifásico). Si bien en la misma figura se observa que hay otra planta de 150 kVA con sus cuadros de distribución pertinentes, lo cierto es que esta composición de 150 kVA no está pensada para un futuro cercano, pero puede que sí para uno lejano. Esta planta de 150 kVA fue empleada en las maniobras conocidas como Trident Junture para dar servicio a todo el puesto de mando y fue de aquí donde se sacó la idea de reemplazar todos los grupos electrógenos por uno central de mayor potencia. Figura 14: Diagrama planta electrógena 50 y 150 kVA 23 Por último, con respecto a las energías alternativas, hemos visto que empieza a haber tímidos casos donde se intenta integrar la energía solar en diferentes ámbitos de la vida diaria. Sin embargo, a nivel oficial de Ejército (División de Operaciones) no se ha pensado ni se tiene pensado en un futuro invertir ni realizar pruebas con energías alternativas. Como hemos visto en el capítulo anterior, es un campo todavía por mejorar y evolucionar y que no puede abastecer de un gran porcentaje de la energía que requiere un Centro de Transmisiones. 23 Fuente: Divisiones de Operaciones del Ejército de Tierra. 48 ANEXO E: Datos para simulación en Homer TABLA GRUPOS ELECTROGENOS P (kW) Coste (€) Reemplazo (€) O&M (€/h) Coste relativo (€/kW) 1 500 500 0,14 500,00 2 900 900 0,14 450,00 3 1350 1350 0,18 450,00 4 1600 1600 0,20 400,00 6 2280 2280 0,22 380,00 8 3040 3040 0,24 380,00 12 4500 4500 0,30 375,00 15 5500 5500 0,31 366,67 20 7000 7000 0,32 350,00 25 7500 7500 0,33 300,00 30 8000 8000 0,35 266,67 37 9200 9200 0,37 248,65 40 9900 9900 0,37 247,50 56 10700 10700 0,40 191,07 70 12000 12000 0,41 171,43 82 14000 14000 0,42 170,73 TABLA PLACAS FOTOVOLTAICAS P (kW) Coste (€) Reemplazo (€) O&M (€/h) Coste relativo (€/kW) 0,1 100 100 0,00023 1000 1 850 850 0,00194 850 2 1500 1500 0,00342 750 10 7000 7000 0,01598 700 TABLA BATERIAS SOALRES Capacidad (Ah) Coste (€) Reemplazo (€) O&M (€/h) Coste relativo (€/kW) 200 120 120 0,00027 0,6 T. Enersol-T 2V 400 120 120 0,00027 0,3 T. Enersol-T 2V 668 198 198 0,00045 0,29640719 T. Enersol-T 2V 760 226 226 0,00052 0,29736842 T. Enersol-T 2V 890 241 241 0,00055 0,27078652 T. Enersol-T 2V 1.025 271,52 271,52 0,00062 0,26489756 T. Enersol-T 2V 1.280 316,11 316,11 0,00072 0,24696094 T. Enersol-T 2V 3.000 740,882813 740,882813 0,00169 0,24696094 Extrapolated 1