Datos de campo dunha planta fotovoltaica saudita de 150 MW (4.200 eléctrodos químicos, resistencia media da almofada de 3,1 Ω) e envíos de exportación a ME/África/SEA: por que fallan as varillas accionadas estándar en solo areoso, rochoso e laterítico e que di o documento de contratación no seu lugar.

A conversa na que quero centrar este artigo tivo lugar en agosto de 2020, cando unha empresa de enxeñaría e construción (EPC) con sede en Madrid enviou a consulta que se converteu no proxecto fotovoltaico saudita de 150 MW do que proceden os datos de campo deste artigo. O correo electrónico da consulta preguntaba sobre...varillas de terra químicaspara unha instalación fotovoltaica a escala de servizo público onde o estudo de resistividade do solo volvera na banda de 1.500 a 2.200 Ω·cm. O informe de xeotecnia era claro, o EPC era competente e a instalación estaba situada nun cinto de caliches que o enxeñeiro principal vira nun proxecto máis pequeno en Chile en 2018 onde un inventario de varillas regadas superara a marxe de tensión de contacto no terceiro ano porque se saltaron dúas visitas de rega programadas durante as restricións de viaxe pola COVID. Non quería repetilo. O artigo que estás a ler é o argumento de enxeñería que xurdiu dese correo electrónico: o marco do tipo de solo que o EPC finalmente escribiu no documento de contratación e os datos de campo da planta que o produciu.

Esta guía está dirixida aos equipos de adquisicións que reciben unha consulta similar: propietarios de proxectos de ME, África e SEA cuxo informe de xeotecnia está sobre a mesa, cuxo equipo de deseño solicita un eléctrodo químico en lugar dunha vara accionada e cuxo documento de adquisición ten que redactarse nas próximas dúas semanas. Os tres tipos de solo que se indican a continuación (area, rocha e laterita) son os que aparecen con máis frecuencia neses informes, e os modos de fallo son específicos de cada un. O que non cambia nos tres é a resposta do lado da adquisición.

1. Solo areoso: a falla do arame no aire

A area seca é o modo de fallo máis contraintuitivo dos tres. En teoría, parece un medio de toma de terra perfectamente fino: é solta, drena ben e é doado de perforar. Non obstante, a lectura de catro pinos de Wenner conta unha historia diferente. A area seca do deserto a 1 m de profundidade adoita lerse entre 3.000 e 10.000 Ω·cm; a area das dunas a 1,5 m de profundidade pode ler por riba dos 20.000 Ω·cm no peor dos casos. A razón é iónica, non mecánica: a area seca case non ten contido de arxila e case non ten contido mineral disolto para conducir a corrente lonxe da superficie da vara.

O que cambia o cálculo é a humidade na superficie da vara. A vara de terra químicaé un núcleo revestido de cobre dentro dun anel con barrena de 100 mm, co anel cheo dun composto de recheo higroscópico (normalmente bentonita combinada con sulfato de magnesio). O composto absorbe a humidade ambiental do solo e da humidade estacional, manténa contra a superficie da vara e libera lentamente o contido iónico no volume inmediato do solo. O resultado é que a interface vara-solo se comporta como un solo de quizais 200 Ω·cm mesmo cando o solo circundante a granel lee 8.000 Ω·cm. A xeometría da vara NEMA GR-1 non cambia; o que cambia é o contacto co solo.

Nos nosos envíos a Oriente Medio entre 2020 e 2025, a resistencia media da almofada nas instalacións de varillas de terra químicas na banda de area de 2.000 a 8.000 Ω·cm foi de 3,6 Ω fronte a un obxectivo de deseño de 5 Ω, sen ciclo de rego. As instalacións só con varillas accionadas en sitios adxacentes na mesma banda leron entre 18 e 42 Ω na posta en servizo e foron reaperforadas no primeiro ano. A varilla tiña o mesmo diámetro. A diferenza foi o recheo.

2. Solo rochoso: o pescozo de botella da capa de caliche

A instalación saudita que produciu os datos de campo deste artigo tiña unha capa de caliche a 3,5 m na esquina suroeste da matriz. A especificación orixinal requiría varillas accionadas de 2,4 m, que funcionaban no 94 % da matriz. O 6 % restante asentaba sobre un caliche demasiado pouco profundo para atravesalo e demasiado resistivo para ignoralo. As seis almofadas desa esquina leían por riba de 4,7 Ω na posta en servizo, mesmo coa vara estendida a 3,0 m. Fixemos dúas cousas: cambiamos a eléctrodos dobres con patrón delta (dúas varillas de 2,4 m nun triángulo arredor de cada almofada) e engadimosmódulos de terra de columna de grafitonas plataformas do transformador de media tensión en paralelo. A nova proba do quinto ano deu como resultado 4,7 Ω, o peor valor (dentro da marxe de deseño), porque os módulos estendían a superficie equipotencial lateralmente onde a traxectoria vertical estaba bloqueada.

Os sitios rochosos divídense en dúas categorías prácticas para o equipo de adquisicións. A primeira é rocha fracturada con ocos cheos de solo (barrido, pero a vara só fai contacto coa fracción do solo, non coa matriz da rocha). A segunda é rocha intacta ou caliche (solo cementado con carbonato de calcio) á profundidade prevista do eléctrodo ou preto dela, onde a perforación se volve imposible ou antieconómica. Oriente Medio e o oeste dos Estados Unidos ven moita da segunda categoría; grandes partes de Arabia Saudita, Qatar e os Emiratos Árabes Unidos teñen unha capa de caliche de entre 2 e 4 m, e aInformación mundial sobre solos da ISRICO catálogo presenta o mesmo perfil no Sahel e no Corno de África en zonas estacionalmente secas.

Para unha pregunta máis profunda sobre a adquisición en terreos rochosos, oCentro de datos da FAO sobre a clasificación de solospermite que un equipo de adquisicións extraia o mapa rexional do solo antes de que se mobilice o contratista de xeotecnia, o lugar máis barato para saber se o sitio se atopa sobre un substrato de caliche ou granito erosionado. ODocumento de referencia da FAO sobre os solos mundiaisé a referencia de campo para os nomes de clases de solo que acaban nunha BES (Folla de avaliación de ofertas).

3. Solo laterítico: o problema da oscilación estacional

A laterita é o tipo de solo no que unha vara impulsada estándar supera a posta en servizo e logo falla silenciosamente a xanela de tensión de contacto na estación seca. A laterita é un solo residual rico en ferro e aluminio común na África tropical (Nixeria, Ghana, Kenya, Mozambique), o sur de Asia (gran parte da India peninsular, Sri Lanka, partes de Bangladesh) e partes de América do Sur (o nordeste brasileiro, Güiana). O perfil do solo está ben drenado e ten un alto contido de óxido de ferro, que é o que lle dá a cor marrón avermellada característica.

O problema eléctrico é a oscilación estacional. Os estudos de campo publicados sobre laterita de África Occidental adoitan informar dunha resistividade na estación húmida no rango de 200 a 800 Ω·cm (perfectamente viable para unha vara impulsada estándar) e unha resistividade na estación seca superior a 5.000 Ω·cm (fóra do rango viable para a mesma vara). A vara impulsada non cambia; o solo que a rodea si. Un ciclo de rego de 6 meses pode reestabilizar a lectura da estación seca, pero reaparece o mesmo problema de disciplina de rego: un equipo de rego que non aparece no momento adecuado deixa a plataforma dentro da banda de fallo da xanela de tensión de contacto durante o resto da estación seca.

Para os xacementos de laterita SEA especificamente, aplícase a mesma lóxica estacional cunha cronoloxía lixeiramente diferente: a estación seca en Indonesia e Filipinas é máis curta pero máis intensa que a estación seca de África Occidental, o que significa que a oscilación da resistencia se comprime nunha xanela máis axustada. O modelo operativo de varas de terra químicas (recheo que retén a humidade, sen ciclo de rego) funciona en ambos os casos.

4. O que di o documento de contratación

Nos tres tipos de solo mencionados, a decisión de enxeñaría é a mesma: a vara accionada estándar non é o produto axeitado. O documento de contratación debe especificar cal é.

Tres controis do lado da adquisición marcan a diferenza entre unha especificación que resolve o problema e unha especificación que o crea.

1. Informe de ensaio de tipo adxunto á orde de compra.Unha pica de terra química non é só o tubo de cobre, senón a química que contén. O provedor ten que enviar un informe de proba de tipo de catro propiedades: factor de redución da resistividade á humidade de referencia, estabilidade iónica a longo prazo a 60 °C/30 días, retención de humidade a 90 días de secado e cumprimento ambiental da fase ESIA. Perdemos un lote de 2019 debido a unha mestura de cloruro de sodio (o cloruro ataca os núcleos revestidos de cobre dentro da vaíña) e o noso lote de provedor de 2022 non superou a proba de estabilidade iónica cunha retención do 65 %, por debaixo do noso limiar interno do 80 %, razón pola cal cualificamos unha liña de mesturas interna. O provedor que non pode enviar ese informe é o provedor que aparece ao final do segundo ano cun correo electrónico de "temos un novo composto mellorado".
2. Estándar de conector bloqueado en IEEE 837.As pinzas mecánicas non superan a proba de corrente de impulso enIEC 62561-1e non se debe usar nun proxecto a grande escala. O estándar do conector é a parte da especificación que protexe o activo durante toda a vida útil do deseño de 25 anos.
3. Xeometría da vara porNEMA GR-1.Diámetro de 17,2 mm a 25,4 mm, grosor do revestimento de cobre ≥ 254 µm. O grosor do revestimento é o máis importante nas cargas de corrente impulsiva (terminacións ESE, almofadas MV): un revestimento fino falla primeiro.

5. Peche: o que ten que preguntar primeiro a parte de compras

A planta saudita de 150 MW que abriu este artigo deu unha resistencia media da almofada de 3,1 Ω contra un obxectivo de deseño de 5 Ω na nova proba do quinto ano, coa peor almofada de 4,7 Ω na esquina suroeste onde o caliche detivo a penetración vertical. Ningunha desas cifras existía como argumento de adquisición cando o EPC de Madrid enviou o correo electrónico de consulta de agosto de 2020; son o resultado de escribir a química do recheo, o estándar do conector, a xeometría das varas e a resecuenciación do solo-obxectivo no mesmo documento e, a continuación, deixar que o equipo de instalación fixese o traballo.

Se es o propietario dun proxecto no Oriente Medio, África ou o Sudeste Asiático e o documento de contratación está aberto, a pregunta que determina se o proxecto permanece dentro da súa xanela de deseño durante os próximos 25 anos non é "que vara compro", senón "cal é a resistividade do solo á profundidade planificada do eléctrodo e cal dos tres modos de fallo anteriores se aplica". Obtén primeiro a resposta do solo; a continuación, a resposta do produto. A pregunta de contratación é entón cal das dúas familias de produtos...vara de terra química or módulo de terra de columna de grafito(ou ambos, nos sitios máis difíciles) — axústase á banda de solo e ao límite de profundidade. A páxina completa da categoría en/electrodo-de-terra-química/ten as opcións de xeometría e asOs 5 principais fabricantes de varillas de terra de ións electrolíticos para 2025O blog ten a lista curta de provedores.

Para un paquete de mostras e un informe de probas de tipo de catro propiedades sobre un proxecto específico, o camiño máis rápido é opáxina de contactoOs envíos de mostras para proxectos de ME, África e SEA adoitan saír da fábrica na mesma semana, con respostas técnicas nun día laborable.