Las estimaciones de la industria sugieren que las fallas en los cables podrían costar a los proyectos eólicos marinos hasta £ 20 millones por gigavatio cada año. Al considerar el coste de las reparaciones, pérdidas de producción y traslado de barcos, los errores en el cable de salida, especialmente, pueden provocar cortes de energía prolongados. Esto se debe a que las reparaciones a menudo requieren embarcaciones especializadas y que el clima lo permita, lo que puede llevar semanas o meses para ser seguro.
La tecnología de monitorización de la energía eólica marina ha logrado grandes avances en los últimos años. Las turbinas, subestaciones y sistemas eléctricos están equipados con monitoreo de condición y análisis de desempeño más complejos. Por el contrario, en el pasado las inspecciones de cables submarinos se basaban en un enfoque que sólo proporcionaba información periódica sobre el estado del activo. Los cables submarinos no se parecen a otros equipos eléctricos. Las líneas eléctricas submarinas rara vez se dañan debido únicamente a fallas eléctricas. La descomposición generalmente es impulsada por procesos mecánicos que ocurren durante largos períodos de tiempo. Esto incluye la fatiga por cargas repetitivas. Fricción provocada por la interacción del fondo marino. y tensiones de remolino causadas por corrientes, olas y gravedad.
Estas tensiones no se distribuyen uniformemente a lo largo del recorrido del cable. En cambio, tienden a centrarse en ubicaciones de alto riesgo, como puntos de aterrizaje, sistemas de protección de cables y más. Interfaz monopila o donde cambia la profundidad de implantación Los métodos de monitoreo tradicionales dependen en gran medida de campañas de inspección periódicas. Esto incluye estudios con vehículos operados a distancia (ROV) y evaluaciones específicas del fondo marino. Aunque estos métodos proporcionan información valiosa sobre la condición física del cable y el entorno circundante, estos métodos solo pueden proporcionar de manera efectiva instantáneas del comportamiento separadas por meses o años.
Como resultado, muchos de los procesos mecánicos progresivos que finalmente conducen a fallas en los cables seguían siendo difíciles de observar en el momento del desarrollo. Los avances recientes en la detección de fibra óptica están comenzando a ofrecer nuevas formas de comprender el comportamiento de los cables submarinos.
El valor del seguimiento a largo plazo
El cableado submarino moderno suele consistir en fibra óptica instalada con fines de comunicación o control. La tecnología de detección acústica distribuida (DAS) puede reutilizar estas fibras como elementos de detección continuos utilizando un dispositivo llamado interrogador óptico. Generalmente se instalan en subestaciones terrestres. El interrogador envía un pulso rápido de luz láser a lo largo de la fibra y mide una pequeña sección. de luz dispersada a lo largo de su longitud natural. Cuando el cable experimenta tensión, vibración o movimiento, estos cambios alteran sutilmente el patrón de retrodispersión que detectan los investigadores. Al analizar estas variaciones, el sistema convierte efectivamente la fibra en un punto de detección continuo a lo largo de la ruta del cable. que puede detectar el comportamiento mecánico a distancias de muchos kilómetros
En la práctica, esto crea miles de puntos de detección en un solo cable. En lugar de comprobar una pequeña cantidad de ubicaciones, el operador puede observar cómo responde todo el cable a las condiciones de carga del entorno. El resultado es un tipo de investigación fundamentalmente diferente. Registra el comportamiento de una estructura continua. En lugar de observar inspecciones separadas
Aunque la tecnología de detección distribuida existe desde hace muchos años, una barrera importante para su uso generalizado es el gran volumen de datos generados. Los sistemas DAS producen conjuntos de datos muy grandes. Debido a que la señal se muestrea miles de veces por segundo a lo largo del cable, en el pasado esto ha limitado las campañas de seguimiento a duraciones relativamente cortas. Por lo general, esto sólo dura días o semanas. Sin embargo, se necesitan conjuntos de datos a largo plazo para comprender la degradación del cable. Técnicas de compresión de datos y métodos de conexión de última generación que permiten la transmisión y análisis de estos altos volúmenes de datos.
El daño mecánico rara vez ocurre como un evento único, sino que se acumula gradualmente a través de ciclos de carga repetidos. Los cambios ambientales y la interacción del fondo marino. Analizando el comportamiento durante meses y años. En su lugar, utilice un marco de tiempo de inspección corto. Los operadores pueden comenzar a identificar tendencias, como una mayor amplitud de vibración. Respuesta alterada al estrés o cambio en el contacto del cable. Estos conocimientos permiten rastrear el mecanismo de degradación como un proceso progresivo. más que un trastorno aislado. El cambio de la observación a corto plazo al monitoreo a largo plazo es un paso importante hacia una gestión de cables más predecible.
La monitorización continua de fibra óptica ya se está aplicando a la infraestructura eólica marina operativa. En el parque eólico marino Arkona de RWE en el Mar Báltico, se utiliza la monitorización de fibra óptica para observar el comportamiento mecánico a lo largo de líneas eléctricas submarinas en condiciones operativas reales. El sistema analizó los datos registrados durante varios meses durante la tormenta invernal. Cuando el cable está expuesto a condiciones de carga máxima
La inspección reveló que se habían acumulado vibraciones y tensiones en varias partes. de la ruta del cable? Esto incluye áreas que normalmente son difíciles de inspeccionar, como dentro de los sistemas de protección de cables y cerca de monopilotes de turbinas. Al vincular estas mediciones con el entorno se puede determinar dónde está la carga mecánica y cómo evoluciona con el tiempo. Este tipo de información ayuda a los operadores a comprender qué secciones del cable pueden estar acercándose a sus límites de fatiga. ¿Y en qué momento la intervención preventiva sería más eficaz?
En lugar de esperar a que ocurra un error, los operadores podrán observar cómo se desarrolla el mecanismo de degradación en condiciones del mundo real.
Apoyando la transición al mantenimiento predictivo
A medida que crecen los proyectos de energía eólica marina, la importancia de una infraestructura submarina confiable no hará más que aumentar. El desarrollo de cables de exportación de múltiples gigavatios y de larga distancia requerirá enfoques de monitoreo que puedan proporcionar una mejor visibilidad del comportamiento de los activos en toda la red de cable.
La detección continua por fibra óptica complementa los métodos de inspección existentes. Proporciona una visión constante del estado mecánico a lo largo del recorrido del cable. Esto puede respaldar campañas de revisión más específicas. Mejora la comprensión de las cargas ambientales y ayuda a los operadores a identificar posibles riesgos de fallas por adelantado. y planificar el mantenimiento y las reparaciones a menores costos.
En la práctica, esto significa alejarse de los modelos reactivos en los que los defectos se descubren después de ocurrir. Hacia un enfoque más predecible para la gestión del estado del cable. A medida que la energía eólica marina continúa expandiéndose en un entorno marino cada vez más complejo, la capacidad de observar continuamente el comportamiento de los cables puede resultar esencial para garantizar la confiabilidad a largo plazo de la infraestructura submarina del sector.
Este artículo fue escrito por Chris Minto. Ha trabajado en aplicaciones acústicas durante 30 años y actualmente es cofundador y codirector de In-deximate, una organización de nueva creación dedicada a prevenir fallas en cables submarinos. Chris y sus colegas han estado trabajando en la vanguardia de la detección de fibra óptica durante los últimos 16 años, siendo pioneros en su uso para identificar fallas en los cables.
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