Conexión eléctrica ­desde el muelle al buque Una solución de ABB llave en mano que reduce de forma eficaz las emisiones en los puertos Knut Marquart, Ton Haasdijk, GB Ferrari, Ralph Schmidhalter – En el sector naval, las áreas

portuarias se consideran uno de los principales candidatos para permitir una reducción sustancial de las emisiones. Con esto presente, las autoridades portuarias, los armadores, los proveedores del sector y los organismos reguladores dirigen ahora la atención a una tecnología de hace una década conocida como “alimentación eléctrica de muelle a buque” para la que el IEEE, la ISO y la IEC están a punto de ratificar normativas eléctricas internacionales. La alimentación eléctrica desde el muelle permite apagar los motores diésel de los buques comerciales y conectarse a fuentes de energía más limpias mientras éstos se encuentran atracados en los puertos. Dado que ABB realizó con éxito en 2002 la primera conexión eléctrica del mundo desde el muelle al buque en el puerto de Gotemburgo (Suecia), no sólo dispone de la tecnología, sino también de la experiencia necesaria para realizar la conexión completa, tanto a bordo como en tierra.

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Con la conexión eléctrica de ABB desde el muelle al buque, una gran embarcación de crucero puede ­recortar el consu­ mo de combustible hasta en 20 tone­ ladas métricas y reducir las emisio­ nes de CO2 en 60 toneladas métricas durante una estan­ cia de 10 horas en puerto.

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ás del 90% de las mercan­ cías mundiales se transpor­ tan por mar y, aunque el transporte marítimo es un medio muy eficiente de traslado de mer­ cancías, con un menor nivel de emisiones de CO2 que el transporte por carretera y con emisiones muy inferiores a las del transporte aéreo, el sector sigue siendo responsable de cerca del 4% del CO2 mundial (la aviación representa el 2%). Con la conexión eléctrica de ABB desde el muelle al buque 1, una gran embarcación de crucero puede recortar el consumo de combustible hasta en 20 toneladas métri­ cas y reducir las emisiones de CO2 en 60 toneladas métricas durante una estancia de 10 horas en puerto, el equivalente a las emisiones anuales totales de 25 coches europeos. Por tanto, no es de extrañar que el interés por este tipo sistema esté aumentando, y no sólo por razones medio­ ambientales, sino también económicas. Con una conexión a la alimentación eléc­ trica en tierra, un buque puede apagar los motores sin interrumpir sus operaciones en el puerto, como la carga y descarga, el

estacionamiento y otras actividades que consumen energía mientras está atracado. La conexión y desconexión del buque ­llevan sólo 15 minutos, y la administración de la alimentación y el consumo de electri­ cidad corren a cargo del operador del puerto. El establecimiento de una conexión eléctri­ ca desde el muelle al buque exige una in­ versión tanto de los armadores como de las autoridades portuarias o los operado­ res de terminales para la remodelación de las instalaciones existentes o la construc­ ción de otras nuevas  ➔ 1. El buque precisa de un cuadro eléctrico adicional, de cables que lo conecten al cuadro principal del ­buque y, en muchos casos, de un transfor­ mador reductor. El puerto necesita una subestación con interruptores y secciona­ dores, un interruptor de puesta a tierra ­automático, un transformador, equipos de protección como relés de transformador y de alimentador, equipos de comunicación entre el buque y el puerto, y, en la mayoría de los casos, un convertidor para adaptar la frecuencia de la red local a la de cada embarcación. Además, es preciso un siste­

ma de gestión de cables para el puerto o el buque. Estas tecnologías se encuentran con facili­ dad, y dado el nivel de reducción de emi­ siones implícito en la alimentación eléctrica en tierra y la normalización inminente de la tecnología, la solución va ganando adep­ tos. De hecho, es cada vez más frecuente que aparezca en normativas y debates de la Unión Europea, los Estados Unidos y la IMO (Organización Marítima Internacional de las Naciones Unidas). La Directiva 2005/33/CE, que entró en vigor el 1 de enero de 2010, exime a los buques que se conectan a la electricidad en tierra de una norma que exige a los buques la utilización de combustibles con un contenido reduci­ do de azufre mientras están atracados en un puerto. En los Estados Unidos, la legis­ lación va avanzando por estados: Califor­ nia, un precursor en materia de normativas, Nota a pie de página 1 La alimentación eléctrica desde el muelle al buque se conoce también como “cold ironing”, alimentación eléctrica en puerto, energía marítima alternativa (AMP) y suministro de electricidad en el amarre, entre otros.

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1 Esquema de una conexión de alimentación de muelle a buque

~ ~

Subestación de entrada principal

~ Cables de alimentación

ha comenzado a exigir la conexión eléctri­ ca en el muelle a determinados tipos de buques. Por lo que respecta a la IMO, las nuevas restricciones del contenido de azu­ fre admisible en los combustibles favore­ cen la justificación económica del suminis­ tro de electricidad en el amarre, aunque ni se respalde ni se imponga explícitamente. La alimentación eléctrica desde el muelle es una tecnología consolidada  ➔ 2 de la que disponen ya diversos puertos, como los de Estados Unidos, Bélgica, China, ­Canadá, Alemania, Suecia, Finlandia y los Países Bajos. Con un nuevo conjunto de normativas mundiales en esta materia a punto de ser ratificadas, se espera que la práctica se extienda con rapidez por los principales tipos de buques y puertos en todo el mundo. El aspecto normativo de la ­a limentación desde el muelle A medida que los organismos reguladores advierten que la contaminación que produ­ ce el sector naval afecta notablemente a la salud pública y a los costes, éstos prestan cada vez más atención a este sector. Des­ de al menos finales del decenio de 1980, la IMO se ha centrado en el modo de reducir el impacto medioambiental del transporte marítimo (la prevención de vertidos de fuel tiene una historia mucho más larga). Las autoridades nacionales, ciudadanas y por­ tuarias están emprendiendo también una regulación de las emisiones que generan los buques. En la actualidad no existe ninguna ley ni norma que exija a los buques atracados en un puerto que se conecten a una fuente de alimentación en el muelle, pero la normali­ zación bien podría derivar en un aumento de la adopción de tecnologías para implan­ tar este sistema. Normativas en Europa

En el norte de Europa, la identificación pre­ cisa de las emisiones mundiales a gran ­escala comenzó en el decenio de 1970. A partir de estos estudios, los esfuerzos

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Subestación de muelle

Terminal de muelle

Instalación de a bordo

iniciales para reducir las amenazas para la salud pública debidas a las emisiones, como la lluvia ácida, se centraron en las fuentes de emisiones terrestres. En el ­decenio de 1980, las centrales eléctricas y el tráfico rodado pasaron a ocupar, por tanto, el centro de atención. Sin embargo, a medida que los estudios fueron mostran­ do la existencia de mayores niveles de ­depósitos de contaminantes en regiones costeras y a lo largo de importantes vías marítimas, como el canal de la Mancha, que podían asignarse a contaminantes ­conocidos, se hizo evidente que los

El perfil medioam­ biental de la elec­ tricidad generada por las centrales eléctricas en tierra frente a los moto­ res diésel de los buques alimenta­ dos con combusti­ bles pesados es una de las ventajas principales de la alimentación eléc­ trica en tierra. ­ uques en tránsito internacional eran res­ b ponsables de una gran cantidad de conta­ minación. Suecia y Noruega presentaron estos estudios ante la IMO en 1988. Ten­ drían que pasar casi diez años para que el convenio de la IMO (anexo VI de MARPOL), que limita la cantidad de contaminantes en los combustibles marinos, lograra la apro­

bación, y su entrada en vigor se produjo en 2005. La UE ha adoptado medidas para reducir las emisiones de los buques junto con la IMO. Mientras la UE preparaba una es­ trategia para hacer frente a la contamina­ ción relacionada con los buques en 2001 y 2002, ya se debatía sobre el potencial del sistema de alimentación eléctrica des­ de el muelle. El resultado fue una directiva que obligaba a todos los buques atraca­ dos en puertos de la UE a utilizar com­ bustibles para uso marítimo con un conte­ nido máximo de azufre del 0,1%, con algunas excepciones, como la relativa a los buques conectados a la red eléctrica en el amarre. La UE ha optado por promover una directi­ va que no favorezca ningún tipo concreto de tecnología para la reducción de la con­ taminación, sino que responda a objetivos más generales. En el caso de las emisiones de los buques, la legislación de la UE ha priorizado la reducción de las emisiones que afecten directamente a la salud en las zonas cercanas a los puertos o en las prin­ cipales vías de transporte marítimo, pero ha adoptado una perspectiva regional. Los efectos duraderos y extendidos de la acidi­ ficación y la contaminación por partículas también se han legislado. (No se han abor­ dado las emisiones de CO2 procedentes del transporte marítimo, puesto que su re­ percusión en la salud local es escasa en comparación con las emisiones de partícu­ las.) Aunque el problema lo han abordado la UE y la IMO, en especial en relación con un sistema de comercio de derechos de emisión de carbono, no hay resultados de­ finitivos por el momento. Normativas en los Estados Unidos

En comparación con la UE, la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) del Esta­ do de California ha ido mucho más lejos en las exigencias de conexión a la red eléctrica para los buques atracados en puerto, aunque ofrece tecnologías alterna­ tivas. La EPA obliga a los buques porta­ contenedores, buques de pasajeros y bu­ ques de carga refrigerada a que apaguen sus motores auxiliares la mayor parte del tiempo que permanezcan en un puerto ­californiano y se conecten a otra fuente de energía (por ejemplo, a la red eléctrica), o bien a que utilicen otras técnicas de con­ trol que consigan el mismo nivel de reduc­ ción de emisiones. En un principio, esta normativa sólo se re­ fería a unos cuantos tipos de buques per­ tenecientes a flotas que atracan en puertos

2 Esquema general de alimentación eléctrica desde el muelle

Sistema completo de a bordo con panel de conexión y almacenamiento de alta tensión y tambor de cable

Subestación (con convertidor de 50/60 Hz) Toma de corriente 6,6 kV / 11 kV

Cabina del transformador de muelle Cable subterráneo de alta tensión (distancia 1 – 5 km)

californianos 25 o más veces al año. A par­ tir del 1 de enero de 2010, cualquier buque que pueda conectarse a la electricidad en el muelle y que pertenezca a una de las flo­ tas en cuestión deberá utilizar este tipo de energía si está disponible en el puerto y es compatible con los equipos de a bordo. El requisito para 2014 acaba con las lagunas en relación con los buques que no están equipados para la conexión a la red eléctri­ ca del puerto y establece un límite máximo, para el conjunto de una flota, del 50% de la energía generada por los motores auxilia­ res mientras permanecen atracados. En 2017, el 70% de las estancias en puerto de una flota deberán cubrirse con conexión a la red eléctrica del muelle, y la potencia generada por los motores de los buques deberá reducirse en un 70%; en 2020, ­estas cifras se elevarán al 80%. Los avances normativos en la IMO, la EU y el Estado de California están sirviendo de modelo a otras jurisdicciones, como las de otros estados de EE.UU. y algunos países de Asia. En general, se espera que las au­ toridades responsables dicten normas cada vez más estrictas en relación con las emisiones procedentes de los buques atra­ cados en puerto, aumenten los impuestos para las fuentes contaminantes y hagan exenciones con los buques que se conec­ ten a la electricidad del muelle, lo que abri­ rá la puerta a empresas como ABB, que pueden ofrecer una solución completa para la conexión eléctrica desde el muelle al ­buque. Evaluación de las ventajas Para las autoridades portuarias y los arma­ dores, las ventajas de la conexión a la ali­

mentación del muelle frente a otras tecno­ logías para la reducción de emisiones son cuestionables. El régimen de operaciones del buque tiene también un gran impacto, es decir, no es lo mismo un transbordador que atraca en un puerto todos los días que un portacontenedores que lo hace una vez al mes. Por tanto, es difícil para los inverso­ res calcular la rentabilidad a largo plazo de la inversión dado que el panorama norma­ tivo cambia. Las fluctuaciones en el precio de los combustibles pesados para trans­ porte marítimo 2 en comparación con el de la electricidad en el muelle influyen también en los cálculos. El perfil medioambiental de la electricidad generada por las centrales eléctricas en tierra frente a los motores diésel de los bu­ ques alimentados con combustibles pesa­ dos es una de las principales ventajas de la alimentación eléctrica en tierra. En general, si puede reducirse al mínimo posible el nú­ mero de productores de energía eléctrica, es más fácil y eficiente optimizar a éstos para reducir el impacto medioambiental. Otro argumento a favor de la alimentación de muelle a buque es la ventaja jurisdiccio­ nal. Cuando existen disposiciones en este sentido, los organismos reguladores pue­ den abordar el problema específico y local de la contaminación con una respuesta es­ pecífica y local. Los esfuerzos para captu­ rar las emisiones de los motores diésel auxiliares pueden aplicarse a todas las operaciones que realiza una embarcación en todo el mundo, pero eliminan cualquier tipo de ­acción por parte de las autoridades locales o regionales. Por lo que se refiere a los puertos, la capa­ cidad de suministrar energía a los barcos

atracados les permite establecer un servi­ cio de alimentación eléctrica general más eficaz y potente. El uso de convertidores de frecuencia de última generación puede causar tanto un efecto estabilizador en la red pública local como un mejor factor de potencia. En realidad, esto significa que el sistema eléctrico local tendrá menos pérdi­ das. Los sistemas de alimentación eléctrica en puerto tienen otra ventaja con respecto a las otras tecnologías de reducción de las emisiones: permiten disminuir el ruido y las vibraciones en las zonas portuarias. Es una ventaja para los marinos mercantes, los pasajeros y las tripulaciones, así como para los trabajadores de los puertos y las comu­ nidades vecinas, en especial cuando los puertos son grandes. Algunos puertos, a causa del aumento excesivo de los niveles de emisiones, vibraciones y ruido de sus operaciones, han observado que las licen­ cias medioambientales limitan su creci­ miento. Por último, el sistema de conexión eléctrica desde el muelle al buque es fácilmente am­ pliable, y las inversiones en infraestructura son sostenibles durante décadas con in­ gresos a largo plazo y un mantenimiento relativamente reducido. Por cada nuevo puerto que invierte en conexiones en tierra, el valor acumulado de la tecnología se mul­ tiplica, puesto que repercute en un número cada vez mayor de buques e itinerarios marítimos. Los argumentos en contra de este sistema se refieren a la procedencia de la electrici­ dad en tierra, a los costes de inversión en infraestructuras, a razones relacionadas con la seguridad y la eficiencia en las ope­ raciones portuarias, y a la necesidad de utilizar tecnologías que influyen también en el nivel de emisiones cuando un buque está navegando. Los estudios han demos­ trado que la sustitución de la energía diésel generada a bordo por energía eléctrica de carbón en tierra tiene un beneficio medio­ ambiental limitado (con aumentos de las emisiones de partículas en suspensión y, posiblemente, de óxidos de azufre), mien­ tras que otras formas de energía presentan ventajas más importantes; las fuentes de energía renovables, en particular, mejoran el impacto medioambiental de los opera­ dores de puertos. Los costes de inversión en infraestructuras para que los buques puedan conectarse a Nota a pie de página 2 Por combustible pesado para uso marino se entiende cualquier combustible utilizado a bordo de una embarcación.

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3 Las conexiones eléctricas desde el muelle de ABB ya se han instalado en distintos tipos de embarcaciones, como petroleros, portacontenedores y buques de crucero.

la electricidad del muelle son importantes, y aún no se ha elaborado una plantilla ­sobre cómo deben repartirse esos costes entre los Gobiernos, los operadores de puertos o terminales y los armadores. En el puerto de Gotemburgo, por ejemplo, un fletador de buques, decidido a mejorar el perfil medioambiental de su cadena de su­ ministro, invirtió en este tipo de infraestruc­ tura. En los puertos de Long Beach y Los Ángeles, pertenecientes a la Administra­ ción local, la infraestructura está financiada con fondos públicos. Sin embargo, a medi­ da que aumentan el coste de las emisiones y las normativas que las impiden, habrá cada vez más fondos tanto del sector pú­ blico como del privado destinados a estos fines. Las cuestiones relativas a la seguridad y la eficiencia de las operaciones portuarias son también muy importantes. Las termi­ nales de contenedores, con grandes grúas pórtico sobre ruedas, plantean problemas con respecto a la posición de los cables y la infraestructura en tierra. En los puertos, el espacio es muy escaso. Además, la po­ sibilidad de que se produzcan lesiones per­ sonales o muertes relacionadas con la co­ nexión eléctrica preocupa tanto a las autoridades portuarias como a los arma­ dores. La introducción de normas estrictas y soluciones técnicas sobre la conexión a la red eléctrica terrestre que permitan la fluidez de las operaciones en el muelle y el manejo seguro del cableado deberían reducir tal preocupación.

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Una solución en tierra Los sistemas de conexión a la red eléctrica terrestre se han instalado en aproximada­ mente dos docenas de terminales portua­ rias de todo el mundo desde el año 2000 y en más de 100 embarcaciones, desde buques de crucero a petroleros y porta­ contenedores  ➔ 3. Otros muchos opera­ dores portuarios y armadores están valo­ rando la inversión en estas tecnologías, a condición de que entren en vigor las nor­ mativas internacionales pertinentes. La aceptación y las inversiones en infraes­ tructuras para el suministro de electricidad en los amarres se han limitado por falta de una normativa global. Ya hay especificacio­ nes públicas que sirven a los armadores y las autoridades portuarias para evaluar ins­ talaciones futuras. Las soluciones tecnoló­ gicas actuales se han construido en gran medida partiendo de tales especificacio­ nes. Las acciones normativas de los organis­ mos locales, nacionales e internacionales para propiciar la adopción de conexiones eléctricas desde los muelles a los buques incluyen impuestos a los combustibles ­fósiles, requisitos para los combustibles de uso marino y estipulaciones en relación con la alimentación eléctrica desde el mue­ lle (o alternativas con una reducción de emisiones equivalente). El suministro de electricidad en los amarres es, en la mayoría de los casos, un método práctico y eficaz para reducir las emisiones en las áreas de los puertos muy utilizadas.

La tecnología ya existe, pero su adopción depende de su disponibilidad en un gran número de puertos y de buques. ABB ha desarrollado soluciones de instalación flexi­ bles y ampliables que satisfacen las nece­ sidades de los armadores y los puertos. Como parte de la solución de ABB para la alimentación eléctrica a buques desde tie­ rra, la empresa ha diseñado conexiones tanto para los buques como para los mue­ lles, y es una de las pocas empresas del mundo que ha elaborado una lista de refe­ rencias en esta tecnología. Se pueden di­ señar e instalar uno o varios puntos de co­ nexión en un plazo de entre seis meses y un año. Las instalaciones a bordo pueden diseñarse en cuestión de meses e instalar­ se en una semana. Se considera que la adopción de una nor­ ma mundial aumentará considerablemente las inversiones en estas infraestructuras, lo que, a su vez, estimulará a cada vez más armadores y autoridades portuarias a pre­ parar sus instalaciones para este sistema. Ya hay un número creciente de proyectos de expansión de puertos en todo el mun­ do, y con la solución de suministro eléctri­ co desde el muelle al buque, muy sosteni­ ble y eficiente, ABB está totalmente equipada para proporcionar las tecnologías necesarias. Y para garantizar que sus solu­ ciones cumplen las necesidades del mer­ cado, ABB sigue trabajando con sus clien­ tes de todo el mundo. Una exposición más detallada de las tecnologías implicadas en la alimentación de muelle a buque aparecerá en el próximo número de la Revista ABB.

Knut Marquart ABB Marketing and Customer Solutions [email protected] Ton Haasdijk ABB marine solutions [email protected] GB Ferrari ABB shore solutions [email protected] Ralph Schmidhalter ABB frequency converter solutions [email protected]

Lecturas recomendadas www.abb.com/ports