En la búsqueda de soluciones energéticas cada vez más eficientes y menos contaminantes, especialmente en emplazamientos con un alto nivel de criticidad y requerimientos de potencia elevados, los sistemas híbridos de diseño estándar, que combinan energía solar y/o eólica con baterías, a veces no resultan ser la opción más adecuada. En estos escenarios, la implementación de generadores autónomos juega un papel fundamental para garantizar un suministro eléctrico continuo y confiable.
Sistemas de Generadores Autónomos para Alta Criticidad
Estos sistemas están diseñados para asegurar un suministro ininterrumpido las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Una configuración común implica el uso de dos grupos electrógenos que operan de manera automática, alternando su funcionamiento. Esta alternancia no solo garantiza la continuidad del servicio, sino que también permite alargar los periodos entre repostajes, optimizar los mantenimientos y extender la vida útil de los equipos.
El funcionamiento de estos grupos electrógenos está intrínsecamente ligado a la disponibilidad de energías renovables (solar y/o eólica) y a la carga de las baterías. Cuando la combinación de estas fuentes no es suficiente para cubrir la demanda energética de la estación, los grupos electrógenos entran en acción. Su función principal en este contexto es realizar una carga rápida de las baterías LFP (Litio-Ferrofosfato) y, simultáneamente, proveer el servicio eléctrico necesario al cliente.
Dimensionamiento de Grupos Electrógenos
En ciertas aplicaciones, ambos grupos electrógenos pueden tener la misma potencia. Sin embargo, existen situaciones donde se requiere que uno de los grupos posea una potencia significativamente mayor. Esto se debe a requisitos excepcionales o de emergencia, como la necesidad de cargar las baterías rápidamente o abastecer nuevos equipos y tecnologías. En estos casos, cuando la carga de la estación supera un umbral predefinido y las fuentes solar y de baterías son insuficientes, el grupo electrógeno de mayor capacidad se activa para satisfacer la demanda.
Otro factor determinante es la capacidad de combustible del emplazamiento. La presencia de dos grupos electrógenos en paralelo, cada uno con su propio depósito monitorizado, permite extender los periodos de operación antes de requerir un nuevo repostaje de combustible.
Comparativa con Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI)
Es importante diferenciar un grupo electrógeno de un Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI). Un SAI proporciona energía instantánea en caso de fallo de la red eléctrica, pero su autonomía es limitada, generalmente entre 5 y 30 minutos, dependiendo de su tamaño y capacidad de batería. Por lo tanto, un SAI no sustituye a un grupo electrógeno, el cual está diseñado para proporcionar energía durante periodos prolongados, desde minutos hasta días. Un generador, por su parte, tarda entre 7 y 12 segundos en entrar en carga.
Asociación de Generadores
La asociación de generadores se refiere a la configuración de múltiples unidades para trabajar de forma conjunta y optimizar la entrega de energía. Existen dos configuraciones principales:
1. Asociación en Serie
La asociación en serie consiste en conectar varios generadores en un único hilo conductor. De esta manera, la fuerza electromotriz y la resistencia interna de cada generador se suman, proporcionando una mayor fuerza y resistencia combinada para alimentar un dispositivo o sistema. Por ejemplo, si se necesitan 300V y se dispone de dos generadores de 150V cada uno, se conectarán en serie para alcanzar el voltaje requerido.
2. Asociación en Paralelo
La asociación en paralelo se utiliza para distribuir la fuerza electromotriz y las resistencias de los generadores. Al conectar dos o más generadores en paralelo, la fuerza electromotriz del sistema resultante es equivalente a la de cualquiera de los generadores individuales. Es crucial que los generadores conectados en paralelo tengan la misma fuerza electromotriz. El objetivo de esta configuración no es aumentar la potencia total, sino mantener la potencia existente para alimentar múltiples aparatos simultáneamente.
Para conectar generadores en paralelo, se deben unir los bornes de la misma polaridad de cada unidad. Este proceso implica encender los generadores y sincronizar sus potencias. Si bien existen mecanismos para la sincronización automática, el uso de un sincronoscopio es recomendable para crear circuitos de manera frecuente. Una vez sincronizados, los generadores se conectan en línea, usualmente enlazando el polo positivo de uno con el negativo del siguiente, y así sucesivamente, hasta formar el sistema que se conectará al aparato en cuestión.
Sistemas de Conmutación Automática (ATS)
Un componente esencial en la automatización de la alimentación eléctrica complementaria es el Sistema ATS (Automatic Transfer Switch) o cuadro de conmutación automática. Este sistema permite la transferencia de la carga eléctrica entre la red principal y el suministro de un generador eléctrico de forma automática.
Existen diferentes variantes de cuadros ATS:
- ATS Inteligente: Incorpora la vigilancia de la tensión de la red, un módulo de gestión y un cargador automático de batería.
- Generador Inteligente: Incluye una centralita avanzada con monitorización de red, módulo de gestión y capacidad de puesta en marcha del generador.
- Cuadro Esclavo (LTS - Load Transfer Switch): Se limita a la conmutación de potencia, recibiendo órdenes de una centralita externa. Estos cuadros no suelen incluir cargador de batería, ya que este viene integrado de fábrica en el generador.
Es importante notar que, en los sistemas de generadores diseñados para apoyo solar, el cuadro ATS o LTS no tiene aplicación directa, ya que no existe una red de compañía con la que conmutar. En estos casos, la gestión del arranque del generador por nivel bajo de batería y su parada por carga completa la realiza de forma inteligente el inversor-cargador, una vez programados los parámetros correspondientes. Un contacto auxiliar puede enviar la orden al generador, que debe estar predispuesto de fábrica para gestionar esta señal.
Los generadores utilizados en estas configuraciones a menudo son de 3000 rpm y potencias inferiores a 15 KW, aunque existen excepciones. Un módulo de gestión es crucial para:
- Ordenar el arranque del generador.
- Comprobar que la tensión y frecuencia del generador han alcanzado los valores adecuados.
- Conectar el contactor del grupo electrógeno.
- Vigilar el retorno de la red principal y, una vez estabilizada, realizar el cambio de conexión al contactor de red.
- Gestionar la parada temporizada del generador.
- Realizar pruebas de arranque de mantenimiento (TEST).
Los cuadros ATS suelen incluir contactores de potencia para RED y GENERADOR con interbloqueo eléctrico y mecánico, asegurando que solo uno de ellos esté activo a la vez. También disponen de un cargador automático de batería, ya que los generadores solo recargan su batería interna cuando están en funcionamiento.
La predisposición de los generadores para la conexión ATS es habitual, incluyendo mecanismos de arranque a dos hilos por contacto externo, detección de arranque con éxito, intentos sucesivos de arranque en caso de fallo, y la captura de alarmas básicas que puedan requerir una parada inmediata. La comunicación de alarmas y el diagnóstico del estado del generador son fundamentales para el usuario.
Modificaciones y Tipologías de Cuadros de Mando
Los cuadros de mando para generadores de potencia media y grande ofrecen un control exhaustivo de los parámetros del motor diésel y de los parámetros eléctricos, incluyendo la medida de potencia y energía producida. Estos cuadros, aunque con mecanismos que dependen de órdenes externas, son relativamente simples y su tamaño se define por los contactores de potencia o el conmutador motorizado.
Un conmutador de redes puede incorporar la selección manual de la red nominal (N) y de reserva (R). Durante la operación normal, se selecciona la red nominal, pero ante un corte, se ordena la conexión de la red de reserva. El grupo electrógeno en este escenario actúa como un generador esclavo, cuyo arranque y parada son dictados por el conmutador de redes a través de un contacto a dos hilos.
En cuanto a los cortes de suministro, se distinguen dos tipos:
- Primer Corte: Inevitable al fallar la red principal. Su duración corresponde al tiempo que tarda el generador en arrancar y conectarse a los receptores (típicamente 5-10 segundos).
- Segundo Corte: Ocurre al regresar la red principal, tras un tiempo de verificación de su fiabilidad. La conmutación se realiza con un breve paso por cero.
Para viviendas que disponen de un generador portátil, la instalación de un transfer manual permite conmutar la instalación receptora entre la red y el generador con garantías. Es crucial arrancar el generador y permitir que se estabilice antes de conectar la vivienda. Nunca se debe conectar un generador a un enchufe doméstico sin desconectar previamente la red, ya que un acoplamiento accidental a la red podría destruir el generador.
Autogeneradores Eléctricos
Un autogenerador eléctrico se refiere tanto a un dispositivo capaz de producir electricidad para su propio uso sin depender de la red externa, como a una persona o entidad que genera su propia electricidad. Dentro de los dispositivos, se incluyen fuentes renovables (paneles solares, turbinas eólicas) y no renovables (generadores de gasolina, diésel, turbinas de gas o vapor).
La función principal de un autogenerador es proporcionar independencia de la red eléctrica, lo que conlleva diversas ventajas:
- Mayor seguridad energética: Evita cortes de suministro y permite operar de forma independiente.
- Disminución de costes: A pesar de la inversión inicial, a largo plazo resulta más rentable y no se depende de las fluctuaciones de precios de la electricidad.
- Reducción de emisiones y huella de carbono: Especialmente con fuentes renovables, contribuye a la sostenibilidad.
- Obtención de beneficios: Si se genera más energía de la necesaria, los excedentes pueden ser vendidos.
Los autogeneradores funcionan capturando energía de fuentes naturales (sol, viento, agua) y transformándola en electricidad utilizable. Los sistemas solares fotovoltaicos, por ejemplo, convierten la luz solar en corriente continua mediante el efecto fotoeléctrico, que luego un inversor transforma en corriente alterna. Los aerogeneradores aprovechan la energía cinética del viento.
La principal diferencia entre un autogenerador y un generador eléctrico tradicional (como un grupo electrógeno) radica en la fuente de energía. Los autogeneradores suelen depender de fuentes renovables y están diseñados para un suministro continuo y sostenible, mientras que los generadores eléctricos tradicionales utilizan combustibles fósiles y se emplean principalmente en situaciones de emergencia o cortes de suministro.
La vida útil de un autogenerador depende de la calidad de sus componentes, las condiciones ambientales y el mantenimiento recibido. Los sistemas solares fotovoltaicos, por ejemplo, tienen una duración estimada de 25 a 30 años con un mantenimiento adecuado.
Marco Regulatorio en España
En España, el Real Decreto 900/2015 regula las condiciones administrativas, técnicas y económicas de las modalidades de suministro de energía eléctrica con autoconsumo y de producción con autoconsumo. Este real decreto establece un registro de autoconsumo simplificado con fines estadísticos y de análisis de impacto en el sistema energético.
El real decreto también aborda aspectos como las configuraciones de medida simplificadas, las condiciones de conexión a la red, los mecanismos de compensación de excedentes y la organización del registro administrativo. Introduce modificaciones en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) y en el Reglamento unificado de puntos de medida del sistema eléctrico.
Modalidades de Autoconsumo
El autoconsumo se clasifica principalmente en dos modalidades:
- Autoconsumo sin excedentes: Requiere la instalación de un mecanismo antivertido que impida la inyección de energía excedentaria a la red.
- Autoconsumo con excedentes: Permite la inyección de energía sobrante en las redes de transporte y distribución.
Dentro del autoconsumo con excedentes, existe la modalidad de excedentes acogida a compensación, donde el consumidor y productor optan voluntariamente por un mecanismo de compensación económica de la energía vertida.
Adicionalmente, el autoconsumo puede ser individual (un solo consumidor) o colectivo (varios consumidores asociados a instalaciones de generación). Para el autoconsumo colectivo, se puede constituir una comunidad de energías renovables.
En términos económicos, el autoconsumo fomenta la actividad económica y el empleo local, y desde la perspectiva del consumidor, puede ser una opción más ventajosa que el suministro tradicional. A nivel del sistema eléctrico, aunque puede haber una ligera disminución de ingresos por peajes, el saldo neto es positivo al aumentar la oferta energética y reducir la demanda de la red.
Suministros Complementarios en Locales de Pública Concurrencia
La normativa (ITC-BT-28) exige la disposición de Suministros Complementarios en locales de pública concurrencia para mantener activos los servicios de seguridad en caso de fallo de la red principal.
Tipos de Suministros Complementarios
- Suministro de Socorro: Diseñado para garantizar la evacuación. Debe cubrir al menos el 15% de la potencia total contratada y asegurar el funcionamiento de alumbrado de emergencia, señalización, megafonía de evacuación, extractores de humo y bombas de incendios.
- Suministro de Reserva: Proporciona un nivel superior de continuidad operativa. Obligatorio en hospitales, aeropuertos, centros comerciales, estadios, etc. Debe cubrir al menos el 25% de la potencia total y, además de los servicios de socorro, puede mantener operativos ascensores, sistemas de refrigeración críticos, servidores, etc.
- Suministro Duplicado: Basado en la redundancia de la infraestructura de red, con dos acometidas independientes de diferentes puntos de la red de distribución.
En caso de requerir ambos, se instala el suministro de reserva, al ser más completo.
Fuentes, Conmutación y Receptores Prioritarios
Las fuentes de suministro complementario pueden ser medios de producción propios (SAI, grupos electrógenos) o suministro a través de la empresa distribuidora (línea duplicada). La conmutación entre el suministro normal y el de seguridad es crucial para evitar acoplamientos entre ambas fuentes, utilizando enclavamientos mecánicos o eléctricos para garantizar la seguridad.
Los receptores prioritarios o cargas críticas son los equipos eléctricos que deben seguir funcionando en caso de fallo, como:
- Iluminación de Emergencia (autonomía mínima 1 hora).
- Sistemas de Detección y Alarma de Incendios.
- Sistemas de Megafonía y Control de Voz.
- Puertas Automáticas de Emergencia.
- Sistemas de Ascensores (con fuente de energía de respaldo).
- Sistemas de Control de Accesos.
- Sistemas de Videovigilancia.
- Sistemas de Climatización de Emergencia.
La alimentación de estos servicios debe ser independiente de la alimentación normal y acorde a la normativa vigente.
INSTALACIÓN DEL GENERADOR CENTELA7TA CON SISTEMA ATS
Aplicaciones de los Generadores Autónomos
Los generadores autónomos, que utilizan un motor de combustión interna para producir electricidad, son fundamentales en diversas aplicaciones:
- Canteras y minas: Suministro energético en ubicaciones remotas.
- Actividades en alta mar: Fuente principal de suministro para barcos y plataformas.
- Obras de construcción: Alimentación de herramientas y maquinaria en zonas sin acceso a la red.
- Suministros temporales: Soluciones especializadas para construcciones prolongadas.
El motor de combustión interna se alimenta de diversos combustibles (gasolina, diésel, GLP, gas natural). La instalación y puesta en funcionamiento deben ser realizadas por personal cualificado.
El mantenimiento de los grupos electrógenos debe realizarse al menos dos veces al año, y es recomendable que sea revisado por personal especializado. El consumo de combustible es un factor clave para su uso eficiente, y alternativas como el gas propano son cada vez más demandadas por su sostenibilidad y menor impacto ambiental.
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