19Llegar a buen puerto

ToR ARnE mykLEBUST La propulsin elctrica en buques de suministro a plataformas o instalaciones martimas se lleva utilizando desde principios de los noventa. A lo largo de los aos las tecnologas han ido avanzando, y en la actualidad existen varios sistemas de propulsin ptimos que reducen el consumo de combustible y el impacto medioambiental, simplifican el diseo y la construccin, aprovechan mejor el espacio a bordo y mejoran el entorno de trabajo para la tripulacin. La necesidad de reducir el consumo de combus-

tible y los costes de explotacin han sido los factores que han impulsado el desarrollo de la tecnologa de propulsin elctrica, con unos importantes beneficios econmicos. hasta hace poco, los buques de suministro a instalaciones martimas eran el centro de atencin, pero ahora el uso de la propulsin elctrica en los buques de remolque, suministro y manejo de anclas est ganando protagonismo y extendiendo el ahorro a otro sector del transporte martimo.

La propulsin elctrica consigue reducir el consumo de combustible en buques de remolque, suministro y manejo de anclas

Llegar a buen puerto

20 revista ABB 3|10

menores comparadas con las prdidas hidrodinmicas de las hlices y la eficiencia de la combustin en los motores principales. Por eso, aunque se crean prdidas elctricas, las menores prdidas hidrodinmicas y de combustin se traducen en una reduccin de las prdidas totales del sistema.

El menor consumo de combustible en un sistema de propulsin elctrico se puede atribuir a dos elementos fundamentales. El primero es el control de velocidad variable de la hlice, que reduce al mnimo las prdidas sin carga de las hlices en comparacin con las hlices clsicas de paso variable y velocidad fija. El segundo elemento es la puesta en marcha y parada automtica de los motores disel, lo que garantiza que la carga del motor se mantenga lo ms prxima posible a su punto de trabajo ptimo, dentro de los lmites de funcionamiento.

El diseo clsico de un buque de suministro martimo, incluidos los buques AHTS (de remolque, suministro y manejo de anclas), se basa en hlices de velocidad fija y paso variable. En comparacin con el control de velocidad variable de la hlice, sta es una forma muy poco eficiente de controlar la propulsin, debido a las elevadas prdidas sin carga de las hlices de velocidad fija 3. Esto por s solo contribuye a la mayor parte del ahorro que supone la propulsin elctrica cuando se aplica a los buques para instalaciones martimas. Adems, la potencia del propulsor en las operaciones de DP se usa muy poco en la mayora de los das de servicio en entornos como, por ejemplo, el Mar del Norte, aunque se considere un entorno duro.

L a propulsin elctrica ha demostrado reducir sustancialmente el consumo de combustible en comparacin con la propulsin

mecnica directa para los buques de suministro a instalaciones martimas. Se puede lograr un ahorro de entre el 15% y el 25% en condiciones de funcionamiento tpicas, y de hasta entre el 40% y el 50% en operaciones de posicionamiento dinmico (DP) 1.

Aunque la mayora de las plantas de propulsin y energa elctrica utilizan los mismos conceptos fundamentales, en el mercado existe, sin embargo, una gama de configuraciones diferentes. Para lograr un ahorro ptimo, los propietarios de los buques, los astilleros y los diseadores deben evaluar todas las opciones disponibles y examinar diferentes criterios a la hora de considerar los productos, los sistemas y los servicios 2.

Ahorrar combustibleLa introduccin de la propulsin elctrica requiere la sustitucin del eje entre el motor principal y la hlice por un sistema compuesto por generadores, cuadros de distribucin, transformadores, accionamientos y motores. El sistema tiene una eficiencia de aproximadamente el 90%, lo que significa que hay otras prdidas que deben tenerse en cuenta de algn modo. La variacin de prdidas entre las diferentes topologas elctricas es reducida. No obstante, las prdidas elctricas son siempre

1 Sistemas de propulsin para buques de suministro a plataformas (oSv)

Generador de emergencia

Propulsor de proa

Generador de rbol y propulsin

por babor

Generador de rbol y propulsin

por estribor

Propulsor de proa

Propulsor Propulsor principal

Propulsor azimutal

Propulsor principal

Propulsor

440 V, 60 Hz

99 kVA 99 kVA

230 V Distribucin a 230 V

Generador auxiliar

1a Propulsin mecnica directa convencional

1b Propulsin elctrica

M M

M M M M M

2 Criterios de valoracin de configuraciones de propulsin elctrica

Rentabilidad de construccin e instalacin Flexibilidad de diseo que mejore la

utilizacin del buque Mayor seguridad Disponibilidad de sistemas de propulsin

y mantenimiento de posicin utilizados para DP (posicionamiento dinmico)

Bajo consumo de combustible Bajo impacto medioambiental

(es decir, menores emisiones) Mejor entorno de trabajo para la

tripulacin Coste de mantenimiento reducido Facilidad de mantenimiento durante

el ciclo de vida del buque Facilidad de mantenimiento en la regin

de utilizacin, a menudo por todo el mundo

Disponibilidad de repuestos Apoyo remoto y de a bordo Minimizacin de las limitaciones que

llevan a un rendimiento subptimo Minimizacin de efectos adversos sobre

otros equipos Elevadas prestaciones para rotura y

manipulacin del hielo en los rompehielos

21Llegar a buen puerto

ceptos de propulsin. Pero esto va a cambiar debido a la imprevisibilidad de los precios del carburante y a la preocupacin por el medio ambiente de hoy en da. De hecho, ya existen varios diseos de buques en los que los costes de explotacin y, en particular, el consumo de combustible son los puntos clave de atencin.

Propulsin hbridaUna alternativa a la solucin completamente elctrica es la combinacin de sistemas de propulsin mecnicos y elctricos, los llamados sistemas de propulsin hbri

ronda las 1.900 toneladas mtricas cuando se usa la propulsin elctrica 5.

La potencia motriz instalada para un AHTS es mayor que para un buque tpico de suministro a plataformas martimas y, como resultado, el coste de los sistemas de propulsin y la instalacin tambin son ms elevados. En los sistemas AHTS tradicionales, el diseo se optimiza con miras a los costes de construccin y a garantizar la traccin a punto fijo. Anteriormente, no se daba tanta importancia a los costes de explotacin al disear y seleccionar los con

La propulsin elctrica tambin destaca por su potencial para cargar de forma ptima los motores disel al utilizar varios motores ms pequeos en lugar de unos pocos de mayor tamao. En funcin de la carga, la puesta en marcha y parada automticas de los motores llevan asociadas una mejor carga y, por consiguiente, un menor consumo de combustible 4.

En el caso de un remolcador de plataforma (AHTS) de ms de 200 toneladas de traccin a punto fijo, se ha calculado que la reduccin del consumo de combustible

El control de velocidad variable de la hlice y la puesta en marcha y parada automtica de los motores disel en un sistema de propulsin elctrico pueden reducir el consumo de combustible.

Comparacin de la potencia en el rbol con el empuje suministrado para una hlice de paso variable y velocidad fija (CPP) y para una hlice de velocidad variable y paso fijo (FPP)

3 La ventaja de la velocidad variable

Potencia (kW)

Empuje (kN)

%100

15

Velocidad fija,

paso variable

Paso fijo,

velocidad variable

Ahorro de combustible

Cuatro motores disel de igual tamao funcionando en paralelo, con funcin del sistema de gestin de potencia para puesta en marcha y parada automtica, comparados con un solo motor disel de gran tamao que proporcione la misma potencia (lnea roja)

4 Consumo de combustible por kWh de energa producida

Con

sum

o es

pec

fico

de

com

bus

tible

al f

reno

(BS

FC) (

g/kW

h) 270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

1700 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

PL (kW)

Aumento de la carga

Disminucin de la carga

Generador 2 Generador 3 Generador 4

5 Propulsin elctrica y propulsin mecnica directa para un remolcador de plataforma (AhTS) de ms de 200 toneladas de traccin a punto fijo

Manipulacin de anclas 5%

Prueba de traccin a punto fijo

1%

Remolque en trnsito 15%

Suministro en trnsito 25%

DP / Standby HI 16%

DP / Standby LO 32%

Puerto 6%

Consumo de combustible

Modo de operacinCaso bsico Dmec (kg/h)

Propulsin elctrica (kg/h)

Perfil de trabajo (h/ao)

Manipulacin de anclas 2.280 2.295 438

Prueba de traccin a punto fijo

2.451 2.795 88

Remolque en trnsito 1.898 2.053 1.314

Suministro en trnsito 1.276 1.036 2.190

DP/standby HI 1.377 1.020 1.402

DP/standby LO 1.015 620 2.803

Puerto 26 25 526

FOC total* (kg/ao) 11.293.005 9.396.661

FOC total* (t/ao) 11.293 9.397

Diferencia (t/ao) 0 1 896

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

2500

2000

1500

1000

500

0

FOC Total*

* capacidad operativa plena

Ahorro

DMec Elctrica DMec Elctrica

t/a

o

t/a

o

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racin ptima para las diferentes operaciones.

Los sistemas de propulsin elctrica permiten ahorrar combustible gracias a un manejo flexible del buque, aunque el sistema introduce nuevas prdidas en la cadena energtica. Se pueden dedicar esfuerzos para reducir estas nuevas prdidas, pero para maximizar los beneficios de la propulsin elctrica debe trabajarse en disear un sistema sencillo, fiable y flexible.

ofertas de propulsin elctrica de ABBABB es el lder mundial en propulsin elctrica, y ofrece una gama completa de sistemas, desde maquinaria de velocidad variable para lneas de ejes de propulsin y propulsores mecnicos, hasta una familia nica de sistemas de propulsin de barquilla, del que destaca el Azipod. ABB ha facilitado sistemas de propulsin hbridos elctricos a varios buques OSV/AHTS, incluidos los de DOF ASA, Farstad Shipping ASA, Island Offshore AS, REM Offshore AS, Solstad Offshore ASA, Ezra Marine Services y China Oilfield Services Ltd., a los que ha suministrado generadores de baja tensin, transformadores, accionamientos y motores elctricos para la propulsin principal y las maniobras.

Tor Arne myklebust

ABB Process Automation, Marine Systems

Ulsteinvik, Noruega

torarne.myklebust@no.abb.com

activa y seleccionar manualmente los modos de funcionamiento ptimos para las condiciones reinantes. En los sistemas de propulsin puramente elctricos es mucho ms fcil optimizar la configuracin de la planta motriz y de propulsin de forma auto mtica, lo que garantiza que el sistema siempre funcione lo ms cerca posible de las condiciones ptimas, con o sin intervencin manual mnima.

A toda marchaSe han optimizado los sistemas de propulsin tradicionales para los buques AHTS con el fin de obtener una traccin a punto fijo garantizada y minimizar los costes de construccin, pero ello tiene un coste: un mayor consumo de combustible y una cantidad considerable de emisiones al medio ambiente, especialmente de CO2, en

comparacin con la propulsin elctrica. Con la introduccin de la propulsin elctrica en los OSV (buques de suministro a plataformas marinas), y ahora tambin en los buques AHTS, se est reduciendo drsticamente el consumo de combustible, las emisiones y los costes de explotacin.

La propulsin hbrida mecnica y elctrica tambin permite conseguir ahorros, ya que entraa un menor coste de construccin que la propulsin elctrica pura, pero cabe tener en cuenta que la tripulacin debe involucrarse activamente en la seleccin de la configu

da 6. En este caso, el buque puede funcionar de una de las tres formas siguientes: Propulsin elctrica integral para DP,

transitar y maniobrar a baja velocidad. Propulsin mecnica integral para

remolcar y transitar a alta velocidad. Propulsin hbrida mecnica y elctrica,

cuando se puede usar el equipo elctrico como propulsor para el sistema de propulsin mecnico y as maximizar la traccin a punto fijo.

En cuanto a los costes de instalacin, las soluciones hbridas resultan ms econmicas que las soluciones puramente elctricas y tienen un consumo de combustible prcticamente equiparable a stas ltimas. Por esta razn, varios de los nuevos diseos de AHTS se han basado en estas solu

ciones hbridas, especialmente aquellos con una traccin a punto fijo elevada.

Sin embargo, no hay que olvidar la mayor complejidad mecnica de estos sistemas hbridos, en que la tripulacin debe ser ms

En el caso de un remolcador de plataforma (AHTS) de ms de 200 toneladas de traccin a punto fijo, se ha calculado que la reduccin del consumo de combustible ronda las 1.900 toneladas mtricas cuando se usa la propulsin elctrica.

6 Propulsin hbrida elctrica y mecnica para un AhTS de ms de 200 toneladas

800 kVA 800 kVA

690 V, 60 Hz

450 VDistribucin a 450 V

M

M M

G G

M M

Generadores auxiliares4 x 1.665 kW

2 x 3.500 kW 2 x 3.500 kW

3.250 kVA 3.250 kVA

2.700 kW1.200 RPM

Propulsor de proa883 kW

Propulsor azimutal

1.100 kW

Propulsor de popa 883 kW

2.700 kW1.200 RPM

9.500 kW 9.500 kW