Tacoma Power restaura migración de peces, brinda energía a 1,700 casas

Antecedentes

La energía hidroeléctrica es la piedra angular de la generación de energía en los Estados Unidos.Desde la década de 1880, los ingenieros han aprovechado la energía de los torrentes de agua para generar electricidad, desde la reconocida presa Hoover hasta proyectos hidroeléctricos más pequeños.

Pero en las últimas décadas, las mismas personas que se benefician de la energía hidroeléctrica se han dado cuenta del impacto medioambiental de las presas, especialmente en poblaciones de peces locales.

Algunas especies, tales como el salmón y el arenque, migran desde el océano hacia los ríos y sus zonas de desove.Una vez que nacen, los alevines migran de regreso por los ríos para vivir en el océano.Las presas tradicionales han interrumpido este ciclo de vida al bloquear el flujo libre de los ríos hacia el mar.

Los reguladores federales y estatales han tomado medidas para recuperar estas poblaciones al exigir a las compañías eléctricas que encuentren maneras innovadoras de ayudar a los peces a circunnavegar las presas.Tacoma Power, en el estado de Washington, es una de estas compañías.La compañía eléctrica, propiedad de la ciudad de Tacoma, proporciona electricidad a más del 50 por ciento de los habitantes de la ciudad.Las centrales hidroeléctricas en los ríos del oeste de Washington generan el noventa por ciento de esa energía.

Cuando llegó el momento de la renovación de la licencia de Tacoma Power para producir energía para la ciudad, esta necesitó crear un pasaje de peces alrededor de dos de sus presas para ayudar a preservar la población local de trucha steelhead, salmón rojo y salmón, a fin de renovar su licencia.

Desafío

En ese momento, la presa Cushman n.º 2 de Tacoma Power, río arriba de la bifurcación norte del río Skokomish, no estaba equipada con las capacidades de generación de energía hidroeléctrica en la bifurcación norte del río.La presa se había creado en 1929, como parte del sistema para mantener el agua dentro del lago Cushman, un reservorio artificial.

La compañía eléctrica agregó dos válvulas de salida del río a la base de la presa en 1992, lo que permitió que al agua fluyera desde el lago hacia el lecho del río.Sin embargo, el caudal del río que circulaba por las válvulas fue demasiado fuerte para la migración de los peces.Para proporcionar un pasaje más suave para los peces, Tacoma Power necesitaba construir una instalación de recolección de peces, tanto para el pez adulto que se dirigía río arriba como para el alevín que nadaba hacia el océano.

La compañía eléctrica necesitaba dispersar la corriente de agua y vio la oportunidad de captar la fuerza del caudal y transformarla en energía hidroeléctrica mediante la construcción de una nueva central eléctrica en la base de la presa.

La central eléctrica necesitaría simular el flujo natural del río para mantener el área circundante a salvo de inundaciones y lograr que la migración de los peces fuera fácil de gestionar.Al igual que otras centrales eléctricas que Tacoma Power posee y opera, la nueva central eléctrica Cushman Northfork necesitaba estar completamente automatizada para eliminar la necesidad de contar con personal en las instalaciones.El personal podría acceder a la presa de forma remota desde el centro de operaciones de la oficina de Tacoma.

Los clientes también se beneficiarían, ya que la central eléctrica generaría suficiente energía renovable para 1,700 casas.

Solución

Tacoma Power ha estado usando controladores de automatización programables (PAC) ControlLogix^® de Allen-Bradley^® para automatizar sus otras siete centrales eléctricas.

“Nuestra experiencia con los controles de Allen-Bradley nos convenció de usar la misma solución para este nuevo proyecto”, afirma Ozan Ferrin, Supervisor de automatización de generación de Tacoma Power.

Ferrin y otros ingenieros de control de Tacoma Power diseñaron un sistema completamente automatizado con cuatro controladores ControlLogix.Hay dos controladores que controlan una unidad del generador de 1.8 MW cada uno; un tercer controlador supervisa el equilibrio de la planta, incluido el funcionamiento de una válvula de salida del río existente para que el caudal siga circulando en caso de que la unidad se desconecte; y un cuarto controla el equipo de captura de peces y el sistema de montacargas de peces en la base de la presa, ubicada fuera de la central eléctrica.

Con el nuevo sistema, el operador controla la central eléctrica mediante un único punto de ajuste de control de caudal para la planta.El equilibrio del controlador de la planta recibe el punto de ajuste de control y emite automáticamente instrucciones de flujo para cada unidad del generador y para la válvula de salida del río, a fin de que incrementen el flujo a una tasa regulada, imitando los flujos estacionales del río.Las tarjetas DNP y las tarjetas Modbus^® de ProSoft Technology, socio de productos Encompass^™ de Rockwell Automation y miembro del programa PartnerNetwork^™ de Rockwell Automation, se interconectan con sensores, equipos y otros sistemas en la central eléctrica Northfork.Proporcionan comunicación Ethernet transparente entre múltiples plataformas.

Si uno o ambos generadores se desconectan, el equilibrio del controlador de la planta abrirá de inmediato la válvula de salida del río para compensar la pérdida de caudal, lo que hace que el agua fluya a un ritmo uniforme.

Para la instalación de captura de peces, el equipo de ingeniería de Tacoma Power necesitaba diseñar un montacargas que pudiera trasladar los peces adultos por la presa y las crías aguas abajo por el costado de la presa, con un caudal suave.Esto requería variadores con control preciso.

Ese control comienza en la base de la presa.A medida que los peces nadan hacia la presa, los peces adultos se capturan en una tolva en la instalación de captura de peces y se elevan de manera automática por el costado de la presa en un tranvía que maneja un variador de CA PowerFlex^® 700 de Allen-Bradley.La funcionalidad TorqProve^™ de Allen-Bradley del variador ayuda a gestionar el control de la tolva cuando se transfiere control entre el variador y el freno mecánico del tranvía.

La tolva levanta los peces hasta la parte superior de la presa, donde se separan, se cuentan y se transportan mediante camiones hacia el lago Cushman.Los variadores PowerFlex 70 y los arrancadores de combinación se usan para manejar el equipo de captura de peces.

En el otro extremo del ciclo de vida, los alevines que nadan hacia el océano se colocan en la tolva en la parte superior de la presa y se transportan hacia abajo en un carro de liberación de crías para liberar los peces aguas abajo hacia el océano.

Los ingenieros de control de Tacoma Power programaron los variadores PowerFlex con software DriveTools^™ SP de Allen-Bradley y software de programación Studio 5000 Logix Designer^™ de Rockwell Software^®.Los ingenieros pudieron agregar los variadores en forma directa al programa Studio 5000 Logix Designer con un perfil add-on, que ayudaba a ahorrar tiempo de programación mediante la integración automática de los parámetros del variador en la aplicación Studio 5000 Logix Designer, el mismo software que se usa para programar los controladores ControlLogix.

“Hemos probado otro software de control, pero ninguno que cumpliera con todas nuestras necesidades de control era tan fácil de usar como la aplicación Logix Designer Studio 5000”, señala Ferrin.“Dado que podemos usar el mismo software que habíamos usado para programar nuestros controladores en la programación y el almacenamiento de nuestros parámetros del variador, ahorramos tiempo de puesta en marcha y ahora podemos almacenar los parámetros del variador y el programa del controlador en una única ubicación de archivo”.

El equipo de Tacoma Power también usa tarjetas de E/S de Rockwell Automation para monitorear de forma remota la temperatura, revisar el estado del equipo y controlarlo desde la oficina de Tacoma.

Resultados

La instalación de captura ha recuperado la ruta de migración de los peces y la empresa ahora tiene licencia para generar electricidad para la ciudad de Tacoma hasta 2048.

Tacoma Power también ha logrado su meta de funcionamiento para la nueva central eléctrica, lo que genera 3.6 megavatios adicionales de energía hidroeléctrica.

Debido a que la central eléctrica está completamente automatizada, la empresa evitó incurrir en costos adicionales del operador.“Con solo pulsar un botón en nuestro centro de control, podemos incrementar o disminuir el flujo, lo cual es más exacto que hacerlo de forma manual y nos permite ahorrar los costos de tener personal en las instalaciones”, afirma Ferrin.

El sistema también reduce el riesgo de infringir los requisitos de flujo establecidos por la Comisión Federal Reguladora de la Energía (FERC).La capacidad para abrir de forma automática la válvula de salida del río, la cual funciona como respaldo en caso de que una unidad se desconecte, ayuda a la compañía eléctrica a cumplir con esos estándares de conformidad de manera más eficaz.

Otra ventaja:ya que la empresa agregó más energía renovable a su cartera, ahora recibe créditos de energía renovable del Estado.

Para aumentar aun más la población de peces, Tacoma Power está construyendo dos nuevos criaderos en el proyecto del río Cushman.El primero criará 2 millones de salmones rojos cada año y el segundo criará 425,000 crías de salmón y trucha steelhead.Todas se liberarán en el lago Cushman.

Los resultados que se mencionaron anteriormente son específicos del uso de Tacoma Power de los productos y servicios de Rockwell Automation junto con otros productos.Los resultados específicos pueden variar para otros clientes.