Con la valiosa colaboración de Lluís Castaño, Product Manager de Kromschroeder, S.A. (partner de Automa en España).
El biometano es un recurso clave para la transición energética, pero su inyección en las redes de distribución plantea retos operativos y tecnológicos relacionados con la presión y la continuidad del servicio. De hecho, antes de ser introducido, el biometano debe satisfacer estrictos estándares en materia de calidad del gas, medición, tratamiento, regulación de la presión y odorización.
Estos retos requieren soluciones innovadoras. Por este motivo, AUTOMA ha desarrollado algunos algoritmos específicos para su sistema GOLEM para la regulación dinámica de la presión del gas en la red. De hecho, el principal campo de aplicación de GOLEM inicialmente era la gestión de las redes de gas natural; pero, gracias a nuevos algoritmos desarrollados, es posible aplicar el sistema también al sector del biometano con el objetivo de inyectar el biometano dentro de las redes de distribución regulando dinámicamente la presión del gas natural en la red.
El biometano y las redes de distribución
La producción de biometano parte de los residuos producidos por las actividades humanas, como residuos sólidos, aguas residuales, residuos zootécnicos y forestales. Cuando el biogás permanece en la planta de tratamiento de residuos, no es aconsejable liberarlo a la atmósfera porque produce efectos muy nocivos, como el efecto invernadero.
Este gas combustible puede ser tratado en la misma planta a través de generadores de energía eléctrica para producir electricidad y, si disponemos de una red eléctrica cercana, podemos introducir la electricidad en la red.
¿Y si no disponemos de una red eléctrica cercana? Lo que podemos hacer con el exceso de gas es llegar a un acuerdo con las compañías de distribución del gas para introducir el biogás en sus redes de distribución del gas.
Esto solo puede hacerse a condición de que dicho gas sea tratado para ser intercambiable con el metano presente en la red, gracias a un proceso que se llama upgrading: el biogás puede considerarse biometano y, por lo tanto, entrar en la red de distribución del gas.
Una red de distribución del gas tiene un cierto volumen constante. En cualquier punto de la red puede haber un consumo, mientras que en uno o más puntos de la red se inyecta gas para tratar de mantener una presión definida por el set point de los reguladores de presión en los puntos de inyección. En condiciones estacionarias se produce un equilibrio entre los caudales en los puntos de inyección y los caudales en los puntos de consumo. El resultado es una presión constante.
Los riesgos de las redes de biometano
La mayoría de los puntos de inyección de biometano se caracteriza por tuberías de pequeño diámetro y por un volumen de gas disponible no muy elevado y dependiente de la capacidad productiva, sujeto a fluctuaciones diarias y estacionales. Dado que en los puntos de producción de biometano de baja capacidad el flujo es muy limitado, pueden producirse funcionamientos anormales de los reguladores de presión neumáticos tradicionales.
Básicamente, se han identificado cuatro riesgos principales:
- Reducción de la producción: una disminución de la producción puede reducir la presión, comprometiendo la inyección continua de biometano en la red.
- Interrupciones del servicio: a veces, la interrupción del servicio se debe a fallos en el sistema de upgrading que no puede mantener una presión suficiente ni suministrar gas de calidad constante.
- Sobreproducción de biometano: un aumento de la producción por encima de los límites operativos puede comprometer la seguridad de la red y/o las condiciones contractuales entre el productor y el operador.
- Sobrepresión de la red: un aumento temporal y espontáneo de la presión de la red puede causar la interrupción de la inyección.
El funcionamiento normal de un regulador de presión consiste en abrirse cuando es necesario alcanzar un determinado punto de presión en función de su punto de consigna. Si no se alcanza este valor, el regulador se abre al máximo, consumiendo en muy poco tiempo la cantidad de biometano disponible, si está limitada por la capacidad de la planta de biogás. A medida que se consume la cantidad disponible de biometano, se produce una rápida despresurización del sistema de producción. El efecto inmediato puede ser la suspensión de la inyección de biometano.
La causa de todos estos problemas es la forma en que funcionan los reguladores de presión estática. En este contexto, la capacidad de regular dinámicamente la presión aguas arriba del regulador se convierte en una función estratégica para garantizar la continuidad y la calidad del servicio.
La solución Automa: la tecnología GOLEM para la gestión dinámica de la inyección de biometano
En este caso específico que estamos ilustrando, hemos realizado una adaptación de GOLEM a las necesidades operativas de una empresa de distribución de gas que ha solicitado una solución para la regulación de la inyección de biometano en una red de distribución. GOLEM de AUTOMA permite una gestión dinámica de la inyección de biometano, mejorando la continuidad del servicio y reduciendo los riesgos operativos.
La tecnología GOLEM se basa en un servomecanismo de acoplamiento mecánico que interactúa directamente con los pilotos del regulador de presión, apoyada por un avanzado sistema electrónico. Gracias a la inteligencia incorporada al sistema, GOLEM puede funcionar de forma autónoma, reduciendo la necesidad de intervención manual. El sistema es aplicable a cualquier modelo de piloto y puede integrarse fácilmente en las redes existentes gracias a adaptadores diseñados a medida.
Las características del sistema GOLEM están representadas por cuatro tipos de modulación de la presión y el flujo:
- La modulación de la presión es la capacidad de variar y mantener la presión, según el punto de consigna.
- La limitación del flujo es la capacidad de mantener el caudal por debajo de un cierto valor máximo, pero siempre proporcionando el máximo valor de presión posible.
- Es posible programar semanalmente los valores de presión por franjas horarias, por ejemplo, por la noche la presión es inferior que durante el día.
- Es posible compensar el caudal aplicando valores de presión a una parte de un caudal máximo determinado.
Cuando se asigna al sistema una presión objetivo superior o inferior a la presión inicial leída por el sistema, se inicia un algoritmo con un tiempo de análisis de las condiciones. Cuando es necesario aumentar o disminuir la presión, se inicia un movimiento motor. El tiempo durante el cual el motor se mueve se controla estrictamente para garantizar la cantidad de movimiento realmente requerida, observando y analizando las variaciones de presión y caudal. Luego se aplica un movimiento necesario, positivo o negativo, para aumentar o disminuir la presión y alcanzar el objetivo predeterminado para el sistema.
Este enfoque gradual conducirá tarde o temprano a alcanzar o incluso superar la presión objetivo. Si en el siguiente análisis se supera la presión objetivo, se decide realizar una contramedida durante un tiempo igual a la mitad del tiempo anterior. Esta corrección progresiva del movimiento del tornillo de control termina cuando el objetivo se alcanza dentro de una tolerancia dada. La misma lógica del algoritmo se aplica para mantener una restricción del flujo por debajo de un valor máximo y siempre tratando de mantener la máxima presión posible.
El sistema GOLEM examina el caudal y la presión. Si el caudal está lo suficientemente elevado, pero sin embargo dentro del intervalo de seguridad, el sistema decidirá abrir el regulador y proporcionar esa cantidad de gas. De esta manera, el caudal que teníamos tenderá a disminuir, al igual que la presión de entrada. Cuando el sistema GOLEM, tras analizar continuamente estos parámetros, comprueba que la presión se está acercando a un valor muy próximo a la presión de la red, cerrará el transporte de gas para evitar el riesgo de interrupción del flujo de gas y, por lo tanto, devolverá el biometano al tanque de almacenamiento del sistema de upgrading (condición de sobrepresión).
Tan pronto como el caudal se vuelve peligrosamente bajo y se aproxima al límite inferior, el sistema GOLEM reduce el flujo de gas para recuperar tanto el caudal como la presión. En un momento dado, debería alcanzarse un flujo constante.
Los resultados de la solución Automa
Gracias a la implementación de GOLEM para la regulación de la inyección de biometano en la red de distribución gestionada por nuestro cliente, la gestión dinámica del flujo ha mantenido las presiones dentro del rango operativo incluso en caso de fluctuaciones repentinas de la producción, mejorando la estabilidad general de la red.
Se han logrado importantes resultados:
- Reducción de las interrupciones de inyección causadas por caídas de presión.
- Gestión optimizada de la sobreproducción de biometano.
- Mejor resiliencia de la red en las operaciones de suministro de biometano.
Así se abre el camino a una gestión más segura, eficiente y sostenible del recurso de biometano.
¿Cómo se lograron estos resultados? AUTOMA está activa desde 1987 en el desarrollo de soluciones de hardware y software para el monitoreo y control remoto de las redes de transporte y distribución de gas, funcionales para su gestión operativa.
La investigación y el desarrollo de soluciones cada vez más eficientes e innovadoras es nuestro compromiso diario. Hasta la fecha, más de 50.000 dispositivos Automa están instalados en más de 40 países en el mundo.
¿Quiere gestionar la inyección de biometano de forma más dinámica, flexible y segura?
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Project Manager en Automa S.r.l.
Andrea Giorgetti, Project Manager con 20 años de experiencia en ingeniería y desarrollo tecnológico, trabaja desde 2007 en AUTOMA S.r.l., donde se encarga del desarrollo de productos, de la ingeniería y de las estrategias de mercado. Además, supervisa los proyectos y coordina los procesos técnicos para optimizar las soluciones y tecnologías de la empresa.
