Electrificación de los puertos: tecnología OPS Cold Ironing
Entrevista Cope + Galicia jueves 06/05/21 a las 1220 h:
Un buque atracado en puerto equivale, en menor escala, a una planta de generación de energía eléctrica, como las que suministran energía a las ciudades. En este caso el buque posee unos motores auxiliares que durante su estadía se encargan de producir la energía necesaria para abastecer su demanda eléctrica. No obstante, la tecnología OPS (Onshore Power Supply), también conocida como Cold Ironing, es una técnica consistente en la conexión del buque atracado en un puerto a una red general eléctrica u otro sistema de generación de energía.
Esta conectividad permite que los buques puedan apagar sus generadores y motores auxiliares durante sus estancias en puerto, satisfaciendo sus distintas necesidades mediante el uso de la electricidad de la infraestructura del puerto, lo que provoca una reducción del ruido y de las emisiones de los gases contaminantes, facilitando la obtención de la energía necesaria para los buques, a través de sistemas de generación limpios instalados en el propio puerto. Estos sistemas pueden consistir en contenedores modulares con motores de GNL, en aerogeneradores, o de manera más habitual, en conexiones a la red eléctrica general del puerto.
INTRODUCCIÓN:
La energía eléctrica es indispensable para el funcionamiento de los buques en puerto, por lo que la tecnología que los electrifica adquiere un papel muy importante. Esta técnica es conocida con diferentes denominaciones tales como Cold Ironing, OPS (On‐Shore Power Supply), AMPS (Alternative Maritime Power), Shore Side Power Supply, Shore to Ship Power o ya más concretamente para el caso de alimentación en alta tensión, High Voltage Shore Connection. Se debe destacar que OPS engloba la alimentación eléctrica a buques desde tierra tanto en baja tensión (400 V / 480 V) como en alta tensión (6,6 kV / 11 kV).
Los buques generalmente están dotados de uno o varios motores auxiliares con los cuales generan la energía eléctrica que necesitan, tanto navegando, como durante las estancias en puerto. Por ello surge el Cold Ironing, una técnica que consiste en conectar el buque a una fuente de energía externa y así poder apagar los motores auxiliares del barco. Este término anglosajón se empezó a utilizar cuando los buques aún utilizaban carbón como combustible, por lo que cuando llegaban a puerto, paraban por completo los motores, y demandaban corriente eléctrica. Aquellos motores estaban fabricados con hierro (iron) y al pararse comenzaban a enfriarse hasta llegar a estar completamente fríos (cold).
El puerto de Gotemburgo fue el pionero en el uso de la tecnología Cold Ironing. En 1989 se instaló en uno de sus muelles una terminal de suministro eléctrico para dos buques de la naviera Stena Lines. Se trataba de dos RO-PAX, el Stena Scandinavica y el Stena Germanica, buques que cubrían la línea Gotemburgo-Kiel. Aquella instalación era de bajo voltaje, y suministraba 400 V a 50 Hz. Posteriormente, en el año 2000 se dio el primer paso hacia el alto voltaje y allí se inauguró la primera instalación de alto voltaje del mundo. La energía suministrada tenía una tensión de entre 6.6 y 10 kV a 50 Hz, con una potencia de 1000 kW. La conexión consistía en un único cable, que descendía desde el buque para ser conectado manualmente en la caseta del transformador.
Aunque el método de suministro eléctrico OPS lleva en funcionamiento más de tres décadas, ha sido en la actualidad cuando se ha comenzado a utilizar en diversos puertos de varios países, entre ellos España, como una apuesta para avanzar hacia el encuentro de los Green Ports, los Puertos Ecológicos. Estos puertos utilizan alternativas medioambientales para reducir el impacto contaminante, cumpliendo normas como el certificado PERS (Port Environmental Review System), un sistema de revisión ambiental portuaria desarrollado por la UE, o la norma ISO 4001, de certificación ambiental.
Se debe destacar que, los buques generan una atmosfera contaminante alrededor del puerto y sus ciudades, lo que les obliga a adaptarse a las nuevas normativas enfocadas a la reducción de las emisiones contaminantes. Los buques de nueva construcción poseen equipos y sistemas para mitigar el impacto de las emisiones en los puertos, pero no ocurre lo mismo con muchos buques ya en servicio.
Los compuestos principales de los gases de combustión son el óxido de nitrógeno (NOX), que produce problemas respiratorios y es causante de la lluvia ácida, el dióxido de carbono (CO2), que forma parte del gas de efecto invernadero, y el óxido de azufre (SOX), que provoca daños en el ecosistema y causa problemas pulmonares. Respecto a esto se debe indicar que tradicionalmente los motores de los buques se han alimentado de fueloil pesado (HFO) y gasoil marino (MGO), combustibles que contienen más azufre que el gasoil o la gasolina que se utiliza para los automóviles, por lo que los buques generan gases con mayor contenido en óxido de azufre que los coches.
Por ello surge el OPS, un método de reducción de emisiones que está comenzando a implementarse en algunos puertos de España. Canarias es la comunidad autónoma en la que se están llevando a cabo más proyectos de Cold Ironing, con los que se observa que no sólo mejora la calidad del aire, sino que puede llegar a ser un sistema más rentable, económicamente hablando, que el uso de motores auxiliares en puerto. Esta filosofía, aún muy novedosa en los puertos comerciales españoles, es muy conocida en los puertos militares, ya que los buques de la Armada siempre se conectan en puerto a la red eléctrica de los muelles al atracar en los Arsenales militares. Se trata de una tecnología madura, pero todavía de escasa implementación en los puertos civiles españoles, aunque en la actualidad se están llevando a cabo muchos estudios al respecto.
VENTAJAS DEL SISTEMA OPS:
Estos sistemas de suministro deben abastecer las demandas eléctricas de los buques que atraquen, por lo que deben poseer una estandarización para poder recibir al mayor número de buques posibles. Canarias cuenta con numerosos puertos en los que se están realizando proyectos para la instalación de este tipo de sistemas, y existen varias navieras implicadas en su implementación. La implantación de este tipo de tecnología en puertos supone un avance tecnológico y medioambiental que mejora, como ya se ha indicado, la calidad del aire de las ciudades portuarias. Se debe reseñar que este sistema de suministro eléctrico a buques en puerto presenta las siguientes ventajas:
- Reducción de las emisiones directas de CO2, NOX, SOX y partículas en sus entornos, lo cual resulta particularmente importante si los puertos se encuentran próximos a núcleos de población.
- Cumplimiento de la demanda social, cada vez más sensibilizada con la reducción de emisiones, el cambio climático y los efectos nocivos de las partículas en la salud humana.
- Reducción del ruido y las vibraciones generadas por los motores auxiliares.
- Aumento del consumo de energía renovable en el sector del transporte para cumplir con el objetivo establecido por la Comisión Europea.
Pero para obtener estas ventajas se deberá superar la exigencia de la elevada demanda de energía que exige al puerto la conexión eléctrica de buques, para lo que será necesaria la construcción de un Centro de Transformación hasta el que lleguen las líneas de tensión necesarias. Esta infraestructura eléctrica necesaria para garantizar el suministro eléctrico a los buques atracados y conectados, con el objetivo de aumentar la sostenibilidad, podrá estar acompañada de contenedores móviles especiales o de la implantación de una instalación de energía eólica que permitan proporcionar al puerto el suministro eléctrico requerido por los buques.
FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA OPS:
Para que la electricidad pueda ser suministrada desde el puerto al buque atracado, este sistema exige que exista una conexión entre el barco y el muelle, conexión que además debe requerir unas características determinadas de tensión, potencia y frecuencia, adecuadas para los diferentes buques que quieran conectarse. Por supuesto, el sistema también deberá estar dotado de una conexión con la red de distribución eléctrica, u otro sistema alternativo, mediante uniones que permitan abastecer a los buques de sus necesidades energéticas durante el tiempo de atraque, sin que tengan que utilizar sus motores auxiliares. Por todo ello las infraestructuras eléctricas necesarias deben disponer de los siguientes elementos:
a) Conexión del puerto con una red de distribución eléctrica cercana que permita el suministro eléctrico al buque.
b) Infraestructuras que permitan el suministro eléctrico al buque de acuerdo con los estándares internacionales de suministro eléctrico de baja y alta tensión a buques atracados. Se debe destacar en este sentido que será necesario un convertidor de frecuencia de 50/60 Hz, ya que la mayoría de la flota internacional está preparada para utilizar una corriente eléctrica con una frecuencia de 60 Hz (estándar norteamericano) mientras que el suministro eléctrico en España se realiza a 50 Hz.
c) Un sistema que permita la conexión física, cuyas características técnicas dependerán del tipo de buque atracado. Por ello podrán instalarse sistemas fijos, o sistemas flexibles, como grúas móviles o incluso barcazas.
ESTUDIO DE DEFINICIÓN DE UN PROYECTO OPS:
Para que un proyecto OPS permita la recuperación de la inversión, obviamente exigirá que exista una demanda mínima de suministro, por lo que deberán estar asegurados un determinado número de atraques anuales para que el proyecto sea rentable. Esto ya nos hace pensar que necesitaremos un puerto con líneas regulares, para tener más probabilidades de éxito en el proyecto.
En estudios ya realizados se ha visto la necesidad de que existan entre 160 y 400 atraques al año en caso de buques ferris y Ro-Ros, más de 300 atraques al año en caso de portacontenedores, y entre 20 y 60 atraques al año en caso de buques cruceros de pasaje, para garantizar la viabilidad del sistema OPS en un determinado puerto. Por ello, para que un proyecto sea rentable se deberán estudiar una serie de parámetros fundamentales que sirvan para determinar cuáles son los “buques objetivo” que permitan verificar la viabilidad del proyecto. Entre otros parámetros, se podrán seleccionar los siguientes criterios:
- Número de atraques anuales (teniendo en cuenta las líneas regulares, si existieran).
- Horas de ocupación de muelle anuales.
- Horas de estadía media por buque atracado.
- Navieras interesadas en disponer de OPS.
Una vez que se disponga de los datos anteriores, se deberá llevar a cabo una estimación de la demanda eléctrica necesaria para el puerto estudiado. Para ello se deberá disponer de los siguientes datos:
- Selección de los buques objetivo, de acuerdo con los criterios indicados anteriormente.
- Análisis de simultaneidad.
Conocida la demanda eléctrica necesaria, habrá que definir los diferentes escenarios que se puedan producir, para poder estimar la demanda de cada escenario, que obviamente estará relacionada con la potencia y arqueo de los buques afectados. Multiplicando en cada escenario la potencia media estimada para cada buque por el número de horas que dure su escala, podremos determinar la potencia necesaria en el muelle que garantice el suministro eléctrico de todos los buques atracados.
Una vez determinados los valores anteriores, se deberán seleccionar los puntos de los muelles en los cuales se instalarán las tomas de corriente. En este apartado se deben priorizar los intereses de las navieras, que según el tipo de buques que posean, mostrarán preferencias por determinados lugares (si por ejemplo una naviera maneja buques ro-ro, preferirá que esos puntos se sitúen en zonas donde existan rampas de carga y descarga). Obviamente aquellas navieras que posean mayor grado de ocupación de muelles serán las que deban tener prioridad en cuanto a la elección de la ubicación de las tomas.
Con la ubicación de las tomas ya decidida se deberá seleccionar el tipo de instalación que se desea instalar en los muelles. Para ello se deberán tener en cuenta los criterios y escenarios anteriormente citados, para poder llevar a cabo un estudio de viabilidad técnica y económica acorde a los valores obtenidos con anterioridad, ya que el dimensionamiento de estas tomas variará dependiendo del número de buques que se espere conectar de manera simultánea.
Finalmente, la energía eléctrica necesaria para enviar a las tomas que alimentarán a los buques podrá proceder de la red general o estar cubierta, en parte o en su totalidad, por algún sistema alternativo, tipo aerogenerador o contenedor alimentado por LNG, que mediante una o varias unidades pueda suministrar los GWh/año necesarios para alimentar a los buques atracados. Pero para poder llevar a cabo este paso, normalmente los puertos van a requerir una fuerte inversión económica, ya que van a necesitar ser dotados de un nuevo sistema de interconexión a la red de tensión que ya exista cerca de los muelles objetivo. Generalmente este sistema permitirá el acondicionamiento de la energía eléctrica desde la red habitual de tensión (15 kV / 50 Hz) hasta la tensión y la frecuencia necesaria en cada buque.
REQUERIMIENTOS DE UNA INFRAESTRUCTURA PORTUARIA “OPS”:
Un sistema de conexión eléctrica OPS requiere la instalación de una infraestructura que esté dotada de los siguientes elementos:
- Conexión a la red eléctrica nacional, que suministra altos voltajes (20-100 kV).
- Una subestación local que transforme los voltajes (6-20 kV).
- Un convertidor de frecuencia (opcional) ya que, aunque la frecuencia con la que se trabaja en España y Europa es de 50 Hz, muchos buques poseen el estándar americano de 60 Hz. Por lo tanto, aquellos puertos que reciban un mayor tráfico internacional necesitarán estar dotados de un convertidor de frecuencia.
- Un sistema de distribución de la red para que llegue electricidad a todos los puntos de atraque, con sus respectivos contadores.
- Un sistema de izado de cables (opcional) recomendado para evitar la manipulación de cables (sobre todo de alta tensión), mediante grúas que puedan subir y bajar los cables. Las grúas de elevación consisten en equipos que izan los cables al buque, y existen con bases fijas o móviles.
- Cajas de conexiones: pequeñas estructuras instaladas en el muelle a escasos metros del buque, donde se encuentra la toma eléctrica necesaria para la conexión del cable de suministro (un operario las debe abrir para enchufar el cable). Existen cajas verticales y cajas enterradas.
Respecto a la infraestructura necesaria a bordo, cuya instalación es responsabilidad de cada buque y armador, se necesitan los siguientes elementos:
- Un conector, en el que se enchufa el cable procedente del puerto.
- Un transformador para poder transformar el voltaje de alta tensión (AT) a baja tensión (BT) ya que la mayoría de los buques de pequeño porte todavía a bordo trabajan a 400 V.
Se debe destacar que existen dos normas internacionales que regulan y detallan las características de los sistemas de conexión de buques. Estas son la norma ISO/IEC/IEEE 80005-1:2012, que regula las características de los sistemas de conexión de alta tensión, y la norma IEC/IEEE 80005-3, que regula las conexiones en baja tensión (BT).
PROYECTO: OPS MASTER PLAN FOR SPANISH PORTS:
El Proyecto OPS Master Plan for Spanish Ports tiene como objetivo la redacción de un Plan Director para el suministro de energía eléctrica a buques atracados en puertos españoles. Se integra en el Marco de Acción Nacional para el desarrollo de infraestructuras para el uso de combustibles alternativos en el sector del transporte, en cumplimiento del artículo 13 de la Directiva 2014/94/UE.
Se trata de un proyecto para la instalación de la tecnología Cold Ironing en puertos españoles cofinanciado por la Unión Europea. Tiene también como objetivo adicional la reducción de contaminantes atmosféricos en puertos, además de la contaminación acústica, mediante la incorporación de elementos electromecánicos para el suministro de electricidad.
El objetivo del Gobierno es que de cara al año 2030, todos los puertos del país se encuentren ya electrificados, al menos en lo que se refiere a las operaciones de mayor relevancia, aunque de momento no se prevé obligar a los buques a conectarse a la red eléctrica. En esta línea, Puertos del Estado ya tiene planificado un paquete de diez nuevas instalaciones para el suministro eléctrico en atraque, que comenzarán a utilizarse entre 2021 y 2025. El importe de esta medida se estima en unos 25 millones de euros, aunque el Estado confía en recibir financiación europea.
En 2016 ya había multitud de puertos españoles en fase de estudios OPS. Se identificaron once puertos con una actividad portuaria en las que había buques que atracaban de forma periódica. Finalmente, el puerto de San Sebastián de La Gomera ha sido el primer puerto de España en suministrar electricidad a buques de pasaje en atraque, logro que se materializó en agosto de 2020 con el ferry Volcán de Taburiente de Naviera Armas, barco que ya cuenta con las adaptaciones técnicas necesarias en su motor para beneficiarse de este servicio.
También en los puertos de Santa Cruz de Tenerife y Santa Cruz de La Palma han concluido los trabajos para poder suministrar electricidad a buques de línea regular, de manera que solo queda pendiente para su entrada en funcionamiento la autorización pertinente que debe emitir la Consejería de Industria. Por su lado, la Autoridad Portuaria de Valencia coordinará dos proyectos europeos para acelerar la conexión de portacontenedores, ferries y cruceros a la red eléctrica, dentro de su plan para convertirse en el primer puerto europeo en alcanzar el objetivo de cero emisiones en 2030.
Por otra parte, la Autoridad Portuaria de Baleares ha destinado más de dos millones de euros al primer proyecto de conexión eléctrica directa de los ferris en el puerto de Palma. Y otro puerto que se ha apuntado al OPS en los últimos tiempos es el de Motril, al que en mayo de 2020 se le adjudicó la instalación de un nuevo punto de conexión en las instalaciones portuarias para impulsar el uso de electricidad en los atraques. En cualquier caso, los puertos de Barcelona, Vigo y Tenerife son los más adelantados de España en este ámbito. El puerto de Barcelona, tendrá todos sus muelles electrificados en un plazo de siete años mediante un completo plan de actuaciones, al que destinará más de 60 millones de euros.
En el puerto de Vigo en 2018 comenzaron las pruebas de un sistema OPS para que los buques pudieran apagar sus motores durante las escalas, de la mano de un buque ro-ro de Suardíaz, mediante un generador alimentado con GNL, y en la actualidad poseen un proyecto estrella presentado a los premios de medioambientes de la IAPH (Asociación Internacional de Puertos). El proyecto Green Bay Vigo tiene como objetivo conseguir la transición hacia una movilidad marítima y portuaria sostenible, respetuosa con el medio ambiente y con los núcleos urbanos donde normalmente se ubican los puertos, gracias a la participación y transferencia de conocimiento entre dos de los sectores más importantes de Galicia, el sector naval y el sector de la automoción, ya que este proyecto será desarrollado por un consorcio público-privado de empresas de ambos sectores.
El principal objetivo del proyecto es la electrificación de la movilidad marítima en la Bahía de Vigo mediante el desarrollo de tecnologías para equipos eléctricos de propulsión y almacenamiento de energía en baterías que reduzcan las emisiones en el sector marítimo dentro de esta zona. Todo ello apoyado en el despliegue de infraestructuras portuarias que permitan la carga rápida de las baterías instaladas a bordo de los buques. Con ello se pretende reducir la huella de carbono y mejorar la sostenibilidad energética del Puerto de Vigo, reduciendo también su dependencia energética.
Se debe destacar que en alineación con el compromiso 2030 cero emisiones del Puerto de Vigo y como complemento al proyecto Green Bay Vigo, se desarrollará también el uso de tecnologías de hidrógeno, como solución sostenible para la descarbonización del transporte terrestre y su aplicación en el sector marítimo con el desarrollo de vehículos de hidrógeno para transporte de mercancías y embarcaciones con pilas de combustible de hidrógeno.
CONCLUSIONES:
¿Es un asunto prioritario el suministro de energía eléctrica a buques atracados en puerto?
A la vista de todo lo expuesto en este artículo, podría ser cuestionable si se trata de un asunto prioritario, al menos en España. La instalación de un sistema de OPS tiene muchas ventajas, pero también inconvenientes, por lo que es necesario comprobar la viabilidad del sistema mediante un estudio que analice todos los factores que intervienen (técnicos, económicos y medioambientales). Uno de los principales incentivos fiscales para su instalación consiste en la reducción de la tasa de atraque de los buques que cuenten con esta tecnología. Aquellos buques que se conecten a la red eléctrica portuaria tendrán un descuento con coeficiente 0.5, lo que significa que tendrán una bonificación del 50%.
Por hacer un balance a modo de ejemplo del coste de estas instalaciones, se puede destacar que del estudio de un proyecto innovador, con posibilidades de financiación, planteado por la Autoridad Portuaria de Vigo, para la terminal de trasbordadores de Bouzas, consistente en la implementación de un sistema OPS en el que el suministro eléctrico se llevaría a cabo mediante una instalación de autoconsumo de electricidad generada por un aerogenerador, se desprende una inversión de casi cinco millones de euros para una instalación que ampliaría la red eléctrica, y estaría dotada de dos puntos de conexión en cada una de las seis rampas ro-ro existentes. A esta suma se añadirían gastos anuales de un millón de euros correspondientes al coste del combustible, y otro millón de euros por la inversión de un aerogenerador de 1 MW.
Las barreras más importantes que dificultan o impiden el desarrollo del OPS se basan principalmente en que existen muchos buques no preparados para tomar por este sistema, al temor de las navieras a quedar cautivos por un nuevo suministrador, a no disponer de la potencia necesaria, a la resistencia del sector a adoptar nuevos procedimientos, al coste del suministro eléctrico, a la aparición del LNG, y a la utilización no intensa de las instalaciones.
Para finalizar, se debe indicar que esta tecnología limpia OPS, podría establecerse en los muelles acompañada de los sistemas de amarre por vacío, ya que con ambos sistemas se consigue estar más cerca de conseguir el objetivo de ser puerto ecológico.
¡HASTA DENTRO DE UNAS SEMANAS!
Enhorabuena por el artículo!! Muy bien explicado.
Muchas gracias Ana. Saludos
Hola Raul:
Muy interesante el tema, sobre todo para el medio ambiente. No menos importante es como tu dices la ausencia de ruido a bordo producido por los motores auxiliares. Debe de ser una gozada dormir a bordo sin el runruneo de los generadores, aunque los que hemos navegado, ya estábamos acostumbrados.
Gracias y un abrazo desde el bajo Aragón.
Andrés Joven Rivero
Gracias Andrés. Un abrazo
Excelente post, Raúl. Gran explicación a un tema cada vez más en boga.
Un saludo,
Juan
Gracias Juan. saludos
¡Qué interesante! Muchas gracias por enviármelo y enhorabuena por la publicación y la entrevista.
Saludos,
Ana
Gracias Ana. Te llevas la medalla de la semana. Saludos