La energía eólica ha crecido exponencialmente en la última década, aumentando un 29,7% (de media) al año, en línea con la proyección de 2008 del Departamento de Energía de EE.UU. de que este país podría obtener el 20% de su energía de la energía eólica para 2030. En el siguiente libro blanco, analizamos los retos actuales de la industria eólica, las soluciones que puede aportar un sólido programa de gestión del mantenimiento o una solución de software GMAO , y la evolución futura en este ámbito, a medida que la industria eólica sigue avanzando hacia una mayor cuota del mercado energético total.
El estado actual de la industria eólica
La Asociación Americana de Energía Eólica (AWEA) considera que la industria eólica de los Estados Unidos es un gran mercado para las instalaciones de capacidad de energía eólica y un mercado en crecimiento para la fabricación estadounidense. En los últimos cinco años, la industria eólica de los Estados Unidos ha agregado más del 35% de toda la nueva capacidad de generación, sólo superada por el gas natural, y más que la nuclear y el carbón combinados. Una confirmación más del crecimiento de la industria fue evidente en la instalación de aproximadamente 50.000 megavatios (MW) de capacidad de energía eólica, a finales de 2012, y los 8.300 MW de energía eólica en construcción a principios de 2013. Actualmente, la capacidad de energía eólica de los Estados Unidos representa por sí sola más del 20% de la energía eólica instalada en el mundo.
Aunque el rendimiento pasado y presente de los fabricantes de turbinas eólicas ha sido consistentemente robusto, personas de dentro como Andrew Longeteig de Vestas (un fabricante de turbinas eólicas) están preocupadas por una reciente desaceleración. "La industria eólica de los Estados Unidos se ha ralentizado, en gran parte debido a la incertidumbre de la extensión del Crédito Fiscal de Producción federal a finales de 2012, que ha llevado a una reducción significativa de los pedidos de turbinas para 2013..." Afortunadamente para la industria, el congreso extendió el crédito fiscal, pero no indefinidamente. Sin embargo, a pesar de la disminución de los costos unitarios, IHS, una firma emergente de investigación energética, predijo que el gasto anual en O&M se duplicará hasta casi 6 mil millones de dólares para 2025.
La Fundación Nacional de la Ciencia, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos y la NASA financiaron un esfuerzo conjunto de investigación entre la Universidad de Delaware y la Universidad de Stanford para estudiar el potencial de las turbinas eólicas para satisfacer las futuras demandas de energía. Los resultados se publicaron en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), y en ese informe los científicos participantes afirman que las turbinas eólicas podrían satisfacer la mitad de la demanda de energía del mundo para el año 2030, con un mínimo impacto ambiental, mediante la instalación de cuatro millones de turbinas. La energía eólica ha crecido un 29,7% (en promedio) cada año durante la última década y si esa tasa de crecimiento exponencial continúa, los EE.UU. podrían derivar el 20% de su energía del viento para el año 2020. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), junto con seis de los principales fabricantes de turbinas eólicas, ha emprendido una campaña para lograr ese objetivo.
Desafíos en la industria eólica
Las operaciones y el mantenimiento son el nexo de la fabricación ajustada, que afecta a todo, desde la rentabilidad, la seguridad, el cumplimiento de las normas medioambientales y la vida útil de los activos, hasta la confianza del consumidor. Tres áreas de mejora que están afectando negativamente el ascenso de la industria eólica son: 1) los costos de mantenimiento desordenados, 2) la falta de datos históricos de mantenimiento, y 3) la subutilización de los sistemas de software de mantenimiento que pueden corregir tanto 1) como 2). Actualmente, 40.000 millones de dólares en instalaciones eólicas están al final (o cerca) de los períodos de garantía de los fabricantes de equipos originales (OEM), con demandas de energía actuales tales que más turbinas operativas quedaron fuera de garantía que las cubiertas, en el año anterior, según un extenso estudio encargado por Sandia National Laboratories. Los granjeros eólicos cuyos OEM han expirado están sopesando los pros y los contras de gestionar el mantenimiento de sus parques eólicos internamente o de subcontratarlo a los OEM o ISP.
Costos de mantenimiento de las turbinas eólicas
El efecto que el O&M tiene en la eficiencia operativa general (OOE) se expresa ampliamente en su porción del costo total de una turbina eólica, 20 - 30%, casi un tercio del gasto. Consecuentemente, los dos factores más importantes que influyen en los costos de O&M son: 1) los gastos asociados con el mantenimiento programado y, 2) los costos del mantenimiento no programado.
Según una presentación desarrollada por Lucintel en 2011, la caja de engranajes, el generador y las palas de la turbina representan los tres componentes principales en un sitio de generación de turbinas eólicas que requieren un mantenimiento regular. Ellos estiman que estos componentes representan el 80% del costo total de mantenimiento de la turbina, que es una porción sustancial del costo total de una turbina eólica. En la investigación de Lucintel, encontraron que los equipos de O&M de los parques eólicos están severamente limitados por los recursos y, en consecuencia, el mantenimiento preventivo (PM) crítico programado y no programado se queda atrás, debido a la escasez sistémica de técnicos calificados. Según las estimaciones del Comité Nacional de Coordinación Eólica (NWCC), los costos totales de mantenimiento de la industria eólica se desglosan de la siguiente manera:
- 75% - mantenimiento no programado
- 20% - mantenimiento preventivo
- 5% - grandes revisiones planeadas.
Estas estimaciones respaldan el consenso de toda la industria en cuanto a que existe una oportunidad fantástica de mejorar el OOE en la industria mediante la aplicación de prácticas sólidas de mantenimiento predictivo (PdM), que se han vinculado sistemáticamente a la reducción del mantenimiento no programado.
Datos históricos de mantenimiento e infrautilización de GMAO
La producción en masa de turbinas eólicas (a escala industrial) es una industria relativamente joven (menos de una década de antigüedad) y, por lo tanto, es difícil obtener datos operativos sólidos. No es raro que los expertos se basen en datos anecdóticos para gestionar las PM o las PdM (por ejemplo, qué componente es probable que falle, en qué turbina o cómo evitarlo). La documentación inadecuada, por ejemplo, la falta de comentarios de mantenimiento registrados sobre las PM y las órdenes de trabajo completadas, y el examen incoherente de los comentarios proporcionados, es un problema sistémico.
La captura de datos históricos de los equipos es extremadamente importante en esta fase temprana del ciclo de vida de estos activos críticos. El aprovechamiento de los datos históricos y actuales sobre el rendimiento de los activos y la creación de un repositorio electrónico de datos sobre el estado de las máquinas, las piezas de repuesto y los fallos de los equipos pueden reducir en gran medida los costes de mantenimiento de los aerogeneradores, pero la infrautilización de los sistemas que permiten una captura de datos precisa, coherente y en toda la empresa, es decir, los programas informáticos de gestión del mantenimiento (GMAO), sigue siendo una tendencia constante en todo el sector.
Las estimaciones actuales de éxito en la implantación de sistemas de software de mantenimiento se sitúan entre el 20 y el 60 por ciento, a pesar de las conclusiones del Estudio de Mejores Prácticas GMAOrealizado por Reliabilityweb.com (y una plétora de pruebas de apoyo) que demostraron que las funciones principales de GMAO(es decir, la gestión de órdenes de trabajo, la elaboración de informes y las funciones de inventario) son "muy importantes para los usuarios."
Soluciones
Un estudio realizado por el Electric Power Research Institute (EPRI) en el sector energético reveló que el coste anual de mantenimiento de la reparación de maquinaria tras una avería (mantenimiento correctivo) es de 17 a 18 dólares por caballo de potencia, mientras que el coste anual por caballo de potencia utilizando PM, es de entre 11 y 13 dólares, y utilizando PdM es de entre 7 y 9 dólares - un ahorro sustancial, a corto y largo plazo. El estudio del EPRI reveló un ahorro potencial en costes de mantenimiento del 47% utilizando técnicas de PdM. GMAO permite a los especialistas en mantenimiento y fiabilidad (M&R) visualizar con mayor precisión la "Curva de P a F", también conocida como diagrama de Potencial a Fallo, que ilustra el periodo entre que un equipo empieza a fallar y cuando lo ha hecho por completo. Al proporcionar alertas y órdenes de trabajo adecuadas en una fase más temprana de la curva, los especialistas en O&M pueden detectar y corregir las anomalías de los equipos antes de que se produzca el fallo completo y reducir el costoso tiempo de inactividad asociado al mismo.
Un informe de la empresa de inteligencia comercial GBI Research indica que los avances tecnológicos en los mecanismos de energía eólica permitirán que los parques eólicos funcionen con mucha más eficiencia y obtengan más beneficios a medida que se modernicen las turbinas eólicas más antiguas. Del mismo modo, a medida que los trabajadores de más edad se jubilen, y que más trabajadores orientados a la tecnología entren en la fuerza de trabajo, esas mejoras permitirán que la industria los contrate mejor.
David Berger, reconocido experto en sistemas GMAO, lo resume así: "Muchos equipos de alta dirección se han dado cuenta de que, dado el envejecimiento de la mano de obra que se está sustituyendo en toda Norteamérica por recursos técnicos más jóvenes y con menos experiencia, las herramientas modernas de gestión del conocimiento, como un GMAO, son fundamentales para ayudar a suavizar la transición.
Estos instrumentos retienen gran parte de los conocimientos que se pierden cuando los técnicos y demás personal de mantenimiento se jubilan o se marchan, por ejemplo, los procedimientos operativos estándar y los planes de trabajo, los datos de análisis de fallos, las técnicas de diagnóstico y un historial completo de los activos. Además, los recursos técnicos más jóvenes han llegado a esperar estas herramientas, y se sienten cómodos y competentes en su uso".
Conclusión
Estrategias de mantenimiento dela industria eólica
Aunque el mantenimiento de los equipos de un parque eólico presenta algunos desafíos singulares, la industria eólica puede ciertamente aplicar algunas de las mejores prácticas de PM y PdM que sus pares del sector industrial y de fabricación general están utilizando. Al adoptar la vigilancia continua o la supervisión frecuente de las condiciones de salud de la maquinaria, los técnicos eólicos pueden programar las actividades de mantenimiento necesarias a los intervalos adecuados.
Además, al utilizar una serie de tecnologías PdM pertinentes, como GMAO, el personal de la industria eólica responsable del cuidado de estos activos críticos está en mejor posición para identificar cuándo puede acercarse un fallo inminente, lo que proporciona un tiempo valioso para planificar, programar y ejecutar las tareas correctivas necesarias antes de que la situación se convierta en una emergencia.
El futuro de la energía eólica
Las organizaciones que deseen tomar decisiones rápidas e informadas que contribuyan a cumplir los programas de producción, garantizar el cumplimiento de las normas de calidad, seguridad y medio ambiente, satisfacer las demandas de los clientes, prolongar la vida útil de los equipos, optimizar la productividad de los trabajadores y reducir los costos, reconocen que deben adaptar las prácticas de gestión del mantenimiento que les permitan aprovechar datos operacionales, de mantenimiento y financieros amplios y precisos en una plataforma común, muy probablemente a través de un sistema de gestión de activos empresariales (EAM).
Los iniciados esperan ver un intercambio de datos más fluido (y más robusto) entre los fabricantes de equipos originales y los usuarios finales, lo que permitirá a estos últimos (muchos de los cuales planean mantener sus turbinas internamente por primera vez) cuidar mejor sus activos. También se espera que el seguimiento de las garantías, los algoritmos de reparación/reemplazo de equipos y el Análisis de Fallas por Causas Raíz (RCFA) se mejoren en el software de mantenimiento de la industria eólica en los próximos años.
La inversión en avances tecnológicos siempre desempeñará un papel decisivo en la evolución y la expansión de la industria eólica, pero también se comprende muy bien la necesidad de hacer un paralelo continuo invirtiendo en el desarrollo de la cultura de los equipos de O&M. "Las empresas pueden revisar, seleccionar, comprar, aplicar y capacitar en el uso de los sistemas mejor diseñados del mercado, pero si no educan a los técnicos en el valor de utilizar el sistema y ponen en marcha medidas de responsabilidad para garantizar que el sistema se utiliza de acuerdo con los procesos de trabajo acordados, han fracasado". (reliabilityweb.com)
De la misma manera que opera la ley de causa y efecto, las empresas que se ocupan activamente del lado "suave" del mantenimiento hoy (causa), serán líderes en la industria eólica del mañana (efecto).