Introducción
Las centrales nucleares utilizan grandes cantidades de agua para refrigerarse, y más de la mitad de la energía producida por una central nuclear se pierde en forma de calor. Sin embargo, hacer un seguimiento preciso de la producción térmica puede ser todo un reto.
Susquehanna Steam Electric Station (SSES), una división de Talen Energy, recibió el encargo de abordar este problema en todo el sector y se asoció con KCF Technologies para desarrollar una solución. Gracias a una completa plataforma de hardware y software, SSES ya está obteniendo rápidos beneficios de su nueva inversión.
La central de Susquehanna es un reactor de agua en ebullición (BWR) de 2 unidades que genera más de 2.500 MW de energía nuclear libre de carbono en las afueras de Berwick, Pensilvania. Susquehanna genera suficiente energía nuclear libre de carbono para abastecer a 2 millones de hogares y, más recientemente, a un campus de datos adyacente.
El proyecto
Talen Energy es miembro de la Utilities Service Alliance (USA) y este esfuerzo apoyó el "Advanced Remote Monitoring (ARM) Project". Talen seleccionó a KCF como socio tecnológico para las actividades de Talen en el marco del proyecto. El Proyecto ARM es un esfuerzo de colaboración apoyado por una subvención concedida a través de la vía de Proyectos de Desarrollo de Reactores Avanzados (ARDP) de la Oficina de Energía Nuclear, que concede fondos para conceptos e ideas que puedan mejorar las capacidades y el potencial de comercialización de diseños y tecnología de reactores avanzados.
El proyecto, nacido originalmente en respuesta a la iniciativa Delivering the Nuclear Promise, promueve la visión de que la preservación de la competitividad del suministro de energía nuclear de nuestra nación puede lograrse mediante la aplicación de tecnologías avanzadas. Los miembros participantes de EE.UU., en colaboración con laboratorios nacionales, investigadores académicos y expertos en tecnología punta, han investigado, desarrollado y desplegado soluciones avanzadas de supervisión en varias instalaciones miembros. El proyecto ha permitido la automatización de la recogida de datos, el análisis y la detección de anomalías mediante algoritmos inteligentes de aprendizaje automático, y demuestra el valor potencial del apoyo a las operaciones en tiempo real a través de servicios de monitorización y diagnóstico a distancia 24 horas al día, 7 días a la semana.
El problema
La estación eléctrica de vapor Susquehanna reconoció los inconvenientes de utilizar un sistema tradicional de supervisión predictiva por cable, que suele ser engorroso de gestionar. Buscaban un programa de supervisión avanzado que pudiera transmitir datos de forma continua sin depender de un gran cableado. Esta solución también debía cumplir las estrictas normativas establecidas por los organismos reguladores gubernamentales. SSES necesitaba un socio con un hardware que pudiera enviar datos de forma fiable en un entorno difícil, lo que requería una solución flexible y escalable.
La solución
Para superar estos retos, SSES desplegó una flota de sensores de vibración inalámbricos V3 de KCF Technologies, puertas de enlace de estación base, IoT HUBS, adaptadores analógicos, sensores ultrasónicos y RTD (detectores de temperatura de resistencia) en sus equipos de planta. Estos sensores detectan fugas en las válvulas comparando los datos de temperatura y/o acústicos con los valores esperados y alertan a los ingenieros de la estación cuando se detectan desviaciones. Esta configuración de hardware recopila continuamente datos de alta resolución para detectar con precisión condiciones insalubres o problemas de pérdidas térmicas. A continuación, los datos de salud de la máquina se transmiten al software basado en la nube de KCF Technologies, SMARTdiagnostics, donde se interpretan los datos de espectro completo para comprender la salud de sus equipos monitorizados y obtener una medida precisa de las pérdidas de producción de megavatios. El protocolo inalámbrico DART patentado por KCF Technologies y los sensores magnéticos fáciles de instalar permitieron a la plataforma escalar rápidamente sin comprometer la calidad ni la fiabilidad de los datos.
La seguridad de los datos en las centrales nucleares es fundamental. Cada vez que se envían datos al exterior, deben cumplirse las normas adecuadas para garantizar que los datos permanecen encriptados y confidenciales. Esto puede suponer un reto a la hora de implantar una solución inalámbrica. KCF Technologies ha invertido mucho en el diseño de nuestra plataforma teniendo en cuenta ante todo la seguridad. Además de contar con la certificación ISO 27001, KCF también cumple con la norma SOC II.
Ganancias rápidas
La decisión de Susquehanna Steam Electric Station de adoptar la plataforma de salud de máquinas de KCF Technologies ha demostrado ser un cambio radical.
Cualquier vapor producido en los reactores de la unidad que NO se utilice para accionar los Turbogeneradores Principales se considera generación perdida. Las fugas a través de cualquier válvula de aislamiento de vapor permiten que pequeñas cantidades de vapor eludan los turbogeneradores y que la energía térmica se pierda en los condensadores principales. La instrumentación de KCF ha permitido a los ingenieros de la estación identificar rápida y fácilmente pequeñas pérdidas de vapor que equivalen a pérdidas significativas de ingresos. La detección precoz es crucial porque muchas de las válvulas supervisadas sólo pueden repararse durante una parada para repostar, que se produce cada dos años en las unidades de Susquehanna.
La monitorización ha permitido a los ingenieros de la estación identificar pérdidas de eficiencia iguales o inferiores a 1 MW. Como referencia, 1 MW equivale a >17.000 MW-hora durante el ciclo operativo de dos años entre periodos de repostaje. Esta pequeña pérdida puede suponer una pérdida de ingresos de entre 250.000 y 1.000.000 de dólares durante ese periodo de dos años, en función de los precios de la energía. Hasta la fecha, la colaboración en curso con KCF ha identificado pérdidas del orden de 10 MW, gran parte de las cuales se corrigieron en la última interrupción por repostaje de la primavera de 2024.
A continuación se muestra un ejemplo de los datos de que disponen los ingenieros de la central. La central tiene cinco válvulas principales de derivación de vapor que están cerradas herméticamente durante el funcionamiento normal, pero que se abren para controlar la presión del reactor si el turbogenerador está fuera de servicio. La normativa exige que estas válvulas se comprueben periódicamente para garantizar que se abren cuando es necesario. Los resultados de una prueba reciente en una de las unidades (gráfico de tendencias a continuación) muestran una apertura normal y breve de cada válvula, como demuestra el aumento de la temperatura de las tuberías aguas abajo de cada válvula probada a medida que el vapor pasa por la válvula abierta. A continuación, las tuberías se enfrían hasta alcanzar su temperatura normal en estado estacionario, que debería ser cercana a la temperatura ambiente cerca de las tuberías.

Como se muestra en el gráfico, una de las cinco válvulas parece enfriarse más lentamente y muestra una temperatura en estado estacionario del orden de 60 °F más alta que las otras cuatro válvulas. El rápido enfriamiento de las tuberías se debe al "enfriamiento por vapor" de la línea, ya que ésta se encuentra en vacío una vez que se cierra la válvula, y la elevada temperatura en estado estacionario se debe a la fuga de vapor más allá de la válvula cerrada. La reparación de esta válvula está programada para la próxima parada de reabastecimiento.
La solución de supervisión inalámbrica detectó rápidamente un fallo en una válvula de res ina y se está utilizando para programar el mantenimiento basado en el estado de las válvulas de transferencia de resina asociadas a los dieciséis desmineralizadores de condensado de la estación (veinticuatro válvulas por unidad).
Aunque existen muchas redundancias debido a la criticidad de la calidad del agua de generación de energía nuclear que se suministra a la vasija del reactor nuclear, si se produce un fallo de la válvula, las consecuencias pueden causar problemas aguas abajo en los procesos del sistema y una excursión en la química del agua que puede requerir que la unidad reduzca la potencia o se desconecte. El emplazamiento informó de que este problema crítico se detectó dos años antes de lo que se habría detectado sin la solución de mantenimiento predictivo de KCF Technologies y está permitiendo identificar la degradación de las válvulas antes de que las fugas afecten a la calidad del agua. La implantación del mantenimiento basado en el estado de estas válvulas ha permitido realizar un mantenimiento continuo y oportuno de las válvulas existentes en lugar de realizar costosas modificaciones para instalar un tipo de válvula diferente.
Al identificar y abordar este problema en sus primeras fases, la planta podría programar el mantenimiento antes de que el problema pudiera progresar hasta convertirse en un fallo. Cuando este tipo de problemas se detectan en sus primeras fases, la central puede poner en marcha actividades de mantenimiento ANTES de que las condiciones se conviertan en consecuencias para el funcionamiento fiable de la central. Esta colaboración demuestra el potencial de la solución inalámbrica para evitar averías imprevistas y mejorar la fiabilidad general del funcionamiento de las centrales eléctricas.
Conclusión
La asociación de Susquehanna Steam Electric Station con KCF Technologies en subraya su compromiso inquebrantable con la mejora de la eficiencia operativa y el suministro de energía limpia y fiable a los hogares de toda la región. Al adoptar soluciones inalámbricas innovadoras, SSES establece nuevos puntos de referencia en la supervisión y gestión de centrales eléctricas.
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