Autor: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia)
Tiempo de lectura: 9 minutos
El Cold Ironing, también conocido como Shore Power u Onshore Power Supply (OPS), es una solución tecnológica emergente para reducir las emisiones contaminantes de los barcos atracados en puerto. Consiste en conectar las embarcaciones a la red eléctrica del puerto, lo que permite apagar los generadores diésel a bordo. Esta práctica contribuye significativamente a la reducción de ruido, vibraciones y emisiones de gases como óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas en suspensión (PM) y dióxido de carbono (CO₂). Pero más allá de sus beneficios medioambientales, el sistema de cold ironing implica una infraestructura tecnológica compleja que debe cumplir con altos estándares de seguridad y eficiencia tanto a bordo del barco como en el puerto.
Infraestructura del puerto: componentes y funcionamiento
Subestación eléctrica y convertidores
La subestación eléctrica en el puerto es el primer punto donde la electricidad proveniente de la red pública es modificada para su uso en los barcos. Esta subestación convierte la tensión de la red a los niveles adecuados para el puerto y para los barcos. La energía que llega al puerto puede estar a una tensión de 11 kV o 33 kV, dependiendo del tamaño de la infraestructura del puerto, pero los barcos generalmente requieren tensiones más bajas (por ejemplo, 6,6 kV a bordo). La subestación incluye un convertidor estático o rotativo, cuyo propósito es convertir tanto la tensión como la frecuencia de la electricidad para que coincidan con los requisitos del barco.
1. Convertidores estáticos: Utilizan equipos como rectificadores y transformadores para transformar la corriente alterna (CA) de la red en una forma adecuada para los sistemas a bordo del barco, con una frecuencia y tensión reguladas. Los convertidores estáticos son más eficientes y compactos en comparación con los convertidores rotativos, que suelen ser más grandes y requieren mayor mantenimiento.
2. Convertidores rotativos: Aunque menos comunes en aplicaciones modernas de shore power, algunos puertos aún utilizan generadores rotativos, que funcionan con principios electromagnéticos y son más robustos en situaciones de carga variable, aunque generalmente son más costosos y menos eficientes en términos de consumo de energía.
La subestación también está equipada con sistemas de protección como interruptores automáticos y disyuntores, que aseguran una desconexión rápida en caso de fallos eléctricos o fluctuaciones en la corriente. Esto es crucial para evitar daños en los equipos tanto a bordo de los barcos como en el propio puerto. Los interruptores de media tensión son comúnmente utilizados para gestionar los niveles de energía de alta potencia que se transfieren desde la subestación al sistema de distribución del puerto.
Interruptores y sistemas de distribución (switchgear)
El sistema de switchgear en el puerto incluye interruptores de media y alta tensión que permiten gestionar la distribución de energía hacia los buques. Estos interruptores son fundamentales para proteger la infraestructura eléctrica de sobrecargas y cortocircuitos. Además, aseguran la desconexión segura del barco en caso de emergencia o mantenimiento.
Sistema de gestión de cables (CMS)
La conexión entre el puerto y el barco se realiza mediante un sistema de gestión de cables (Cable Management System, CMS). Este sistema garantiza la manipulación segura de los cables durante la conexión y desconexión del barco.
En la mayoría de los buques, los cables se conectan a través de cable reels (carretes de cable) o cranes (grúas) que facilitan el despliegue y la recogida de los cables pesados. La norma IEC establece que, para la mayoría de los tipos de barcos, el CMS debe estar instalado en tierra. Sin embargo, en los portacontenedores, debido a la limitada disponibilidad de espacio en el muelle, se requieren carretes de cable a bordo del barco.
El CMS en tierra es responsable de manejar y distribuir los cables que conectan el puerto con los barcos. Estos cables deben ser de alta capacidad y flexibles, capaces de soportar las tensiones y las condiciones marinas. La norma IEC establece que para la mayoría de los tipos de barcos, el CMS debe estar instalado en tierra, con un sistema móvil que puede moverse a lo largo del muelle para conectar diferentes barcos.
El CMS de tierra se conecta a la toma de corriente del barco utilizando cables pesados, y su función es garantizar que no haya riesgos de tracción o torsión durante el proceso de conexión y desconexión. Además, algunos puertos también disponen de sistemas móviles de CMS para adaptarse a la distribución variable de los barcos en el muelle. El sistema de gestión de cables es crucial para garantizar que el proceso de conexión y desconexión se realice de forma segura y eficiente.
Infraestructura a bordo del barco
La infraestructura a bordo del barco está diseñada para recibir y distribuir energía proveniente del puerto de manera segura y eficiente. Cuando el barco se conecta a la red eléctrica del puerto, el sistema eléctrico a bordo debe ser capaz de adaptarse a la energía que entra del puerto y distribuirla adecuadamente para alimentar todos los sistemas y equipos del barco.
Sistema de conexión de media tensión (MV)
En el barco, uno de los componentes más importantes para recibir energía de shore power es el sistema de conexión de media tensión (MV), que gestiona la potencia recibida desde el puerto. Este sistema incluye un interruptor de conexión que asegura que la energía del puerto se distribuya adecuadamente dentro del barco. El interruptor MV también se encarga de gestionar la puesta a tierra del sistema, lo que es esencial para la seguridad del equipo y la tripulación.
Los barcos están obligados a contar con un sistema de puesta a tierra equipotencial, el cual garantiza que no haya diferencias de potencial entre el barco y el puerto, previniendo posibles choques eléctricos que puedan ser peligrosos. Esto se logra mediante un sistema de conexiones a tierra que conecta de manera efectiva los sistemas eléctricos del barco con el sistema de tierra del puerto.
Sistemas de distribución de energía a bordo
Una vez que la electricidad es recibida a bordo, debe ser distribuida a los sistemas del barco. El sistema de switchgear a bordo se encarga de gestionar esta distribución de energía. Los interruptores de media tensión son utilizados para regular el flujo de electricidad hacia distintos sistemas del barco, como la iluminación, refrigeración, aire acondicionado, sistemas de control y navegación, entre otros. Estos interruptores aseguran que la energía se distribuya de manera segura y eficaz, protegiendo los sistemas de posibles sobrecargas o cortocircuitos.
En muchos barcos, se utiliza un sistema de generadores de baja tensión para alimentar equipos que requieren una tensión específica, mientras que los sistemas de energía principales continúan siendo alimentados por la electricidad de la red del puerto. En este proceso, los sistemas de protección y control del barco gestionan la transición entre la energía de los generadores y la energía de tierra.
Sistemas de gestión de cables a bordo
A bordo del barco, se requiere un sistema de gestión de cables para conectar los cables a la toma de corriente del puerto. Estos cables son manejados mediante carretes de cable o sistemas automáticos que permiten que el cable sea recolectado y almacenado cuando no se usa, evitando que se enreden o se dañen. Estos sistemas aseguran que la conexión entre el barco y el puerto se realice de forma eficiente y segura, reduciendo el riesgo de daño al equipo durante el proceso de conexión y desconexión.
Conexión y operación del sistema
El proceso de conexión a la energía en tierra implica varios pasos críticos. Primero, el barco debe alinearse correctamente con la infraestructura del puerto. Luego, se despliegan los cables desde el CMS hacia la toma de corriente del barco. Antes de conectar, se realiza una verificación de la compatibilidad de tensión y frecuencia, así como una comprobación de la conexión a tierra.
Una vez completada la conexión, el sistema de control sincroniza la energía del barco con la red del puerto utilizando un bucle de enganche de fase (PLL, Phase-Locked Loop). Este dispositivo asegura que la transferencia de energía sea estable y segura, evitando sobretensiones o desbalances de carga. Finalmente, se apagan los generadores diésel a bordo, y el barco comienza a recibir energía exclusivamente del puerto.
Beneficios y perspectivas futuras
El cold ironing no solo reduce significativamente las emisiones contaminantes y el ruido en las zonas portuarias, sino que también mejora las condiciones de trabajo y la seguridad en los puertos. Desde un punto de vista económico, el uso de electricidad de la red puede ser más rentable que operar generadores diésel, además de extender la vida útil de estos equipos al reducir su tiempo de funcionamiento.
A medida que la normativa medioambiental se vuelve más estricta, se espera que la adopción de shore power crezca rápidamente. La Organización Marítima Internacional (IMO) está trabajando en la estandarización global de estos sistemas, lo que facilitará su implementación a gran escala. Además, los avances en tecnologías de almacenamiento de energía y la integración con fuentes renovables podrían hacer que el cold ironing sea aún más sostenible en el futuro.
Conclusión
El cold ironing representa un avance tecnológico crucial en la descarbonización del transporte marítimo. La infraestructura necesaria, tanto en el puerto como a bordo del barco, incluye sistemas de conversión de energía, interruptores avanzados y sofisticados sistemas de gestión de cables. Cada componente debe cumplir con altos estándares de seguridad y eficiencia para garantizar un suministro eléctrico estable y fiable. A medida que esta tecnología se adopte en más puertos, contribuirá significativamente a la reducción de emisiones contaminantes, mejorando la sostenibilidad y la calidad de vida en las comunidades portuarias.
Fuentes:
Sulligoi, Giorgio & Bosich, D. & Pelaschiar, Roberto & Lipardi, Gennaro & Tosato, Fabio. (2015). Shore-to-Ship Power. Proceedings of the IEEE. 103. 1-20.
D. Paul, K. Peterson and P. R. Chavdarian, “Designing Cold Ironing Power Systems: Electrical Safety During Ship Berthing,” in IEEE Industry Applications Magazine, vol. 20, no. 3, pp. 24-32, May-June 2014
