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Instalaciones que necesitan válvulas resistentes

Sólidas como una roca: la creciente importancia de las plantas de almacenamiento de gas

Valve Expo05/08/2019
Las energías renovables son tendencia en varios países de Europa. No obstante, la estabilidad de su suministro depende en gran medida de las condiciones climatológicas. Para evitar cuellos de botella, las redes reciben cada vez con mayor frecuencia electricidad generada por el gas. Esto está haciendo crecer la importancia del almacenamiento de gas. El objetivo consiste en que las plantas puedan almacenar la energía sobrante y utilizarla cuando aumente el consumo. Durante épocas de inestabilidad, estas instalaciones de almacenamiento ofrecen la solidez de una roca.

La demanda de gas natural está aumentado de manera indiscutible en Europa: sobre todo durante la fase de abandono de la energía nuclear y las formas de energía intensivas en CO2. Según el Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AG Energiebilanzen, grupo de trabajo sobre equilibrios energéticos), el consumo de gas natural en Alemania, por ejemplo, que representaba un 20,9% del mix energético total, se elevó al 22,6 % en 2016. Con un crecimiento del 9,5%, el gas es la energía primaria cuyo consumo ha aumentado más, seguido de las renovables con un crecimiento del 2,8%.

La UE tendrá que importar más gas

El suministro de gas es un asunto muy importante en casi toda Europa. “En el futuro, la Unión Europea tendrá que importar una cantidad de gas natural cada vez mayor para atender la demanda de su mercado interno. Por este motivo está aumentando la demanda de parques de tanques de gas natural adicionales”, explican las empresas Astora y EWE, socios del proyecto de la caverna de almacenamiento de gas natural de Jemgum.

El almacenamiento de gas desempeñará un papel esencial en la consolidación del proyecto de transformación del sistema energético, “ya que constituye la única forma de almacenar químicamente la energía sobrante de las renovables (el viento y el sol) en forma de hidrógeno o metano verde y de mitigar las oscilaciones en el balance”, afirma Maurice Walter, director de ventas y servicios de Hartmann Valves. Dicho de otro modo: cuando el viento no sopla y el sol no brilla, el gas compensa las fluctuaciones de producción de las energías renovables. “El almacenamiento garantiza unos niveles de disponibilidad estables y la flexibilidad de uso de la fuente de energía”, destaca Astora.

Almacenamiento de gas durante el verano

La planta de almacenamiento alemana de Wolfersberg cumple una función muy importante. Durante el verano, el excedente de gas importado se almacena en la planta, situada en Alta Baviera, y durante el invierno se introduce en la red. Wolfersberg cuenta con una capacidad de almacenamiento máxima de 140.000 Nm³/h, una capacidad de retirada máxima de 240.000 Nm³/h y un volumen útil de gas de 365.000.000 Nm³. Sus instalaciones suministran energía de forma activa a la ciudad de Múnich.

No obstante, las antiguas válvulas de cierre de la planta de almacenamiento de gas natural de Wolfersberg, en funcionamiento desde 1973, tuvieron que ser sustituidas. Para garantizar un nivel de seguridad ultra alto y la máxima disponibilidad, Hartmann Valves desarrolló unas válvulas esféricas dobles muy compactas que no solo eran extremadamente estancas sino que, además, resolvieron el problema de limitación del espacio. Estas válvulas desempeñan un papel muy importante en las instalaciones: “Debemos poder aislar cada componente de la planta que requiere reparación o mantenimiento. Dos válvulas de cierre intermedias que permiten sustraer la presión actúan como aisladores. De este modo nos aseguramos al 100 % de que no entre gas en la zona en cuestión”, señala Markus Schuster, el director de operaciones de DEA.

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La plataforma de perforación en la instalación de almacenamiento de gas de Jemgum por la noche. Fuente: Erdgasspeicher Jemgum.

Renovación de la sección de aislamiento sin dificultades

La mayoría de las válvulas esféricas que ha instalado Hartmann son válvulas sencillas. Dado que los requisitos de seguridad eran especialmente exigentes, también se instalaron 40 válvulas esféricas dobles. Estas ofrecen una doble barrera y dos mecanismos de aislamiento perfectamente independientes en un solo cuerpo. Un sistema estanco, a prueba de burbujas y fácil de instalar que ofrece el doble de seguridad y ahorra espacio, tal y como señala la empresa.

El diseño especial extracompacto de la válvula esférica doble se desarrolló como consecuencia de la necesidad de renovar una antigua sección de aislamiento en la línea de inyección principal. Esta sección constaba de una válvula esférica soldada con bridas. El cambio de la válvula soldada habría redundado en un tiempo improductivo prolongado. Por este motivo, Hartmann Valves desarrolló una versión de válvula esférica doble DN 250 PN 250 con la misma longitud de la válvula estándar original. Tras un periodo de prueba con buenos resultados, en la planta de secado del gas se instalaron más válvulas esféricas dobles compactas con las mismas dimensiones. La extrema reducción de la longitud de las válvulas esféricas dobles fue muy beneficiosa.

Dos juntas en el sentido del caudal

También se diseñó una válvula a medida para las líneas de succión. Incluso las válvulas esféricas dobles más cortas eran demasiado largas. Hartmann solucionó este problema con un sistema de doble pistón que ofrece dos barreras en una sola válvula. El sistema incorpora dos juntas en el sentido del caudal: una aguas arriba y otra aguas abajo. De este modo cumple el requisito de doble barrera, incluido un mecanismo de sustracción intermedio.

En la actualidad, las diversas instalaciones de la planta cuentan con un total de 800 válvulas esféricas fabricadas por Hartmann Valves. En la planta se explotan diez pozos, además de instalaciones de compresión, reducción de la presión, secado y control de la temperatura del gas natural. Con una profundidad de entre 2900 y 3000 metros, este yacimiento de gas agotado es la instalación de almacenamiento de gas más profunda de toda Europa.

Las quince cavernas de Jemgum

La planta de Wolfersberg es uno de los centros de almacenamiento de gas más antiguos que sigue operativo en la actualidad. No obstante, el aumento de la demanda de gas está haciendo necesario un mayor número de plantas de almacenamiento. Jemgum es un ejemplo reciente: en 2013 se inició el llenado de gas de las instalaciones de almacenamiento. Durante los próximos años, EWE y Astora prevén construir 33 cavernas en la mina de sal de Jemgum. EWE planea construir 15 cuevas con un volumen de hasta 700.000 metros cúbicos cada una y Astora construirá 18 cuevas con un volumen geométrico de hasta 750.000 metros cúbicos.

“El volumen útil de gas que se puede comercializar es de aproximadamente 4,1 TWh. La velocidad de inyección es de 2,3 GW (= 55 GWh/día) y la velocidad de retirada es de 2,875 GW (= 69 GWh/día)”, explica Ralf Riekenberg, jefe de proyecto de la parte aérea y director de departamento en la planta de almacenamiento de gas de Jemgum. El gas natural almacenado en Jemgum se suministrará principalmente a los mercados de Alemania y el noroeste de Europa.

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Una mirada a la sala de compresión en Bad Lauchstädt. Está prevista otra caverna para el almacén de gas natural de la VNG. Fuente: VNG.

Altas presiones, diferencias importantes

Jemgum fue el enclave elegido por sus minas de sal subterráneas, que son formaciones idóneas para el almacenamiento del gas natural. Las cavernas que se están construyendo son gigantescas cavidades en las minas de sal que se forman mediante lixiviación con agua. El gas se almacena de forma segura a gran profundidad de la superficie en las formaciones salinas. Las paredes de sal presentan una ventaja: son un magnífico sellador. “Las cuevas son perfectas para inyectar y retirar el gas natural con rapidez. Permiten compensar de manera óptima las fluctuaciones en la demanda asociadas a la hora del día”, declaran los socios del proyecto EWE y Astora.

Las válvulas garantizan el buen funcionamiento del sistema en la planta de almacenamiento de Jemgum. “Se utilizan con fines de control de la presión, protección frente a la presión y control de la transmisión”, explica Riekenberg, director del proyecto. Las válvulas se fabrican principalmente en acero y “en la mayoría de los casos se ven expuestas a altas presiones y diferenciales de presión”. El intervalo de presión está comprendido entre 40 y 170 bares, el intervalo de temperatura entre -20 y 150 °C y el caudal entre 20.000 m³/h y 250.000 m³/h. Las válvulas instaladas en la planta de almacenamiento de gas se ven expuestas al glicol, que se utiliza para secar el gas, y al agua, que a su vez se emplea para precalentar el gas. La presencia de estas sustancias plantea dificultades que las válvulas de cierre, control y seguridad deben solventar.

El gas se comprime

Así es como funciona la planta de almacenamiento de gas de Jemgum: el gas natural que se desea almacenar se transporta desde la red de transmisión de gas hasta las instalaciones de almacenamiento. A continuación, los compresores condensan el gas natural a una presión de hasta 200 bares antes de inyectarlo en las cavernas. “Impulsado por la presión, el gas natural atraviesa la cabecera de la caverna, el alma de cualquier centro de almacenamiento de gas natural”, explican EWE y Astora. Después de atravesar la cabecera de la caverna, el gas natural se almacena en esta y se puede retirar en función de las necesidades.

Es posible retirar hasta 150.000 m³ de gas natural de una caverna por hora. Antes de su retirada, es preciso reducir la presión del gas al nivel de presión del gasoducto. “Este paso enfría tanto el gas que, a continuación, debe precalentarse”, explican los operadores de Jemgum. El gas se puede almacenar hasta varios meses en una caverna. Durante el almacenamiento, el gas natural entra en contacto con el suelo de la caverna, que emite vapor de agua. El gas se somete a un proceso de deshidratación para garantizar que no se produzca condensación en los gasoductos.

Altos caudales

Las plantas de almacenamiento de gas suponen un reto para los componentes, ya que la apertura y el cierre de las válvulas de corte genera caudales elevados. La contaminación que se transporta junto con el medio golpea la zona de estanqueidad de la válvula a velocidades extremas. Los sistemas de estanqueidad blandos se deterioran y presentan fugas en poco tiempo. “Un sistema de sellado metálico puro hace que las válvulas sean más robustas y, en consecuencia, más fiables y resistentes”, señala Maurice Walter, director de ventas y servicio de Hartmann Valves. La junta metálica entre la bola y el anillo del asiento es más resistente que los sistemas de estanqueidad blandos (sobre todo cuando el medio está contaminado).

Es muy importante que el sistema esté disponible y no presente fallos, y la junta debe resultar segura durante muchos años. Por lo tanto, además de estancas y fiables, las válvulas también deben requerir poco mantenimiento y ser muy resistentes, según explica Walter. Es preciso tener en cuenta estos aspectos a la hora de seleccionar la combinación de materiales adecuada para garantizar la estanqueidad durante un periodo de tiempo prolongado.

Tensocorrosión y función de regulación

Hartmann Valves suministró válvulas esféricas DN 200 y DN 600 a la planta de gas de Jemgum. La línea de salmuera se dotó de válvulas esféricas con diámetros nominales DN 500 y DN 900. Su instalación en los conductos y la planta de salmuera de Jemgum planteaba exigencias especialmente estrictas para las válvulas, ya que la solución salina saturada produce un importante efecto de tensocorrosión. Para garantizar una vida útil máxima, además del sistema de sellado metálico puro, las válvulas a medida de Hartmann cuentan con un revestimiento plástico interno.

Las válvulas esféricas con diámetros nominales DN 200, 250, 300 y 400 de la planta de gas disponen de una innovadora función de regulación. Esta función permite abrir la línea de gas principal a la presión diferencial máxima. La válvula esférica posibilita una presurización controlada durante la regulación; después, la totalidad de la sección transversal del conducto queda disponible. Esto simplifica el funcionamiento y evita la necesidad de líneas de derivación complejas.

Ampliación de capacidad

El uso creciente de energías renovables está haciendo necesaria la dotación de medios de almacenamiento adicionales. Diez años después de su puesta en marcha, el centro de almacenamiento de gas de Haidach, en Austria, recibirá una línea de conexión adicional que incrementará su grado de integración con el mercado energético alemán. El gasoducto previsto para la región de Burghausen/Überackern empleará el conducto de gas natural Monaco para conectar el centro de almacenamiento con la red de gasoductos alemana. “Dado que la totalidad de la capacidad de la red de transporte conectada ya se encuentra en uso, la línea de conexión adicional constituye una inversión importante en un suministro de gas natural en función de las necesidades en el sur de Alemania”, explica Astora GmbH & Co. KG, una filial del Grupo Wingas.

Los medios de transmisión adicionales para el depósito y retirada del gas natural en la planta de Haidach estarán disponibles desde principios de 2020, anuncia Astora. Los propietarios de la planta de almacenamiento de Haidach, una de las más grandes de Europa Central, invertirán una suma total de aproximadamente siete millones de euros.

La planta de almacenamiento de gas de VNG de Bad Lauchstädt, en Sajonia-Anhalt, también se está ampliando. En 2017 se formará una caverna adicional con un volumen útil de gas previsto de 65 millones de metros cúbicos.

‘Katharina’ ya ha entrado en servicio

En 2017 se pusieron en servicio las primeras cuatro cavernas de la planta de almacenamiento subterránea “Katharina”, en el estado federal de Sajonia-Anhalt. Seguirán ocho cavernas más. El proyecto contará con una capacidad de almacenamiento de 600 millones de metros cúbicos; la inversión de Gazprom y Leipziger Verbundnetz Gas se eleva a 400 millones de euros. Un fabricante de válvulas alemán producirá un total de 770 válvulas esféricas para las nuevas instalaciones, así como 15 secciones de aislamiento: el volumen total de la operación se eleva nada menos que a cuatro millones de euros.

En la actualidad, las instalaciones alemanas pueden almacenar 24.000 millones de metros cúbicos de gas natural, con los que se cubre aproximadamente una cuarta parte del consumo anual de Alemania. No obstante, también se está subastando capacidad a distribuidores neerlandeses y franceses.

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