Eólicas en alta mar: una nueva forma de generar energía

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Eólicas en alta mar

Una nueva forma de generar energía

A finales de 2019, va a ser construido el primer parque eólico flotante en Portugal, que será, también, uno de los mayores del mundo. Este es un paso importante en la creación de un futuro más sostenible y, comprensiblemente, despierta la curiosidad. Estamos acostumbrados a ver las enormes turbinas de producción eólica en varios puntos del país, pero... ¿turbinas que flotan? ¿Y en pleno mar abierto?

Conozca las bases de esta tecnología de producción de energía limpia, los desafíos que ella conlleva y obtenga una idea general sobre esta industria que promete continuar "con viento en popa" en los próximos años.

¿Qué sabe sobre el viento?

Desde tiempos inmemoriales (siglo I d.C., para ser más precisos) que la energía del viento es aprovechada para mover aparatos de todo tipo. En esa época, Heron (ingeniero y matemático de la antigua Alejandría) inventó y produjo la primera máquina activada por energía eólica: un instrumento musical en verdad, un órgano. El instrumento incluía un pequeño molino de viento que, al girar, activaba un pistón y hacía que el aire atravesara rápidamente los tubos del órgano, produciendo sonidos semejantes a los de una flauta.

Windfloat

Desde tiempos inmemoriales (siglo I d.C., para ser más precisos) que la energía del viento es aprovechada para mover aparatos de todo tipo. En esa época, Heron (ingeniero y matemático de la antigua Alejandría) inventó y produjo la primera máquina activada por energía eólica: un instrumento musical en verdad- un órgano. El instrumento incluía un pequeño molino de viento que, al girar, activaba un pistón y hacía que el aire atravesara rápidamente los tubos del órgano, produciendo sonidos semejantes a los de una flauta.

Rugosidad: La industria eólica utiliza una escala para clasificar la rugosidad de un terreno - cuanto más "rugoso" es un terreno, mayor es la ralentización del viento por la que pasa. Así, mientras que un bosque puede tener una clase de rugosidad 3 a 4, la superficie del mar o de un lago tiene una influencia casi nula en el viento, siendo de clase 0. Comienza a quedar claro el por qué da implantación de eólicas en el mar, ¿verdad?

Variabilidad del viento: Se trata de la fluctuación de la velocidad del viento y, consecuentemente, de su contenido energético. Normalmente, el viento es más fuerte durante el día, pues la diferencia de temperatura entre la superficie del mar y la superficie de la tierra es mayor durante ese período. Como tal, la captación eólica termina siendo mayor durante el día.  

Turbulencia: A quien no le gusta andar en avión ya debe conocer este fenómeno. Se trata de un movimiento irregular del flujo de aire que puede ser provocado por tormentas, con ráfagas de viento en varias direcciones, o en áreas de gran rugosidad (en estos casos, debido a los obstáculos que el viento encuentra por el camino). La turbulencia reduce el aprovechamiento del viento para la producción energética y aún provoca desgaste de las infraestructuras.

Estos y otros efectos tienen que ser considerados cuando se pretende implantar un parque eólico, teniendo implicaciones en la distancia entre las torres de las turbinas, por ejemplo. El efecto de turbulencia puede propagarse hasta 3 veces la dimensión del objeto que lo provoca, por eso hay que evitar implantar turbinas cerca de grandes obstáculos.

¿Cómo se monta un parque eólico offshore en 3 pasos?

Aunque el término "offshore" significa "en el mar" o "en alta mar", también es posible implantar formas de producción de energía eólica offshore en masas de agua terrestres, tales como lagos, fiordos o zonas costeras. 

La instalación de un parque eólico offshore es un verdadero desafío, que involucra a varios profesionales y diversos trabajos, como el dragado del fondo del mar, el montaje, transporte y fijación de los cimientos, o la instalación de cables submarinos.

Tales actividades requieren todavía diferentes equipos especializados, así como las personas que operan las máquinas e infraestructuras de soporte. Por todos estos motivos, la explotación de la energía eólica offshore es mucho más costosa que onshore, pero a pesar de todo sigue siendo una inversión de gran retorno, tanto económica como medioambiental.

Imagine que, en un escenario post-apocalíptico o en un universo paralelo, el lector y un grupo de amigos fueran la única esperanza para reanudar el suministro eléctrico de una comunidad y decidieran implantar una central eólica offshore. Porque nunca se sabe el día de mañana, le dejamos aquí unas líneas generales sobre el proceso.

Paso 1: Fijar las turbinas en el mar

El primer paso sería descubrir cómo fijar las turbinas en un terreno tan inestable como el fondo del mar o de un lago. Esto se logra a través de fundaciones específicas para las eólicas marítimas, que pueden ser proyectadas y ejecutadas de diferentes maneras.

Se tienen en cuenta las condiciones del terreno, así como las ventajas y desventajas de cada tipo de fundación, pues ésta es la construcción que va a hacer la conexión entre el aerogenerador y el suelo.

La fundación tiene que sostener no sólo las cargas estáticas (como el peso del aerogenerador), sino también las dinámicas (como las ráfagas y los sismos). Como tal, es importante realizar varios estudios, entre los cuales meteorológicos y geológicos, en el área de implantación del parque offshore.

Además de la difícil elección de la fundación, se pueden emplear tres tipos de metodologías para su estabilización en el lecho marino:

  1. El aprovechamiento de la gravedad, en que el propio peso de la fundación garantiza que ella se mantenga fija y estable en la superficie oceánica
  2. La fijación de estacas en el fondo marino, en el que el suelo se perfora para la inserción de estacas en el interior de la excavación
  3. El método por adherencia (anclaje), que implica una conexión entre una plataforma flotante y anclas clavadas en el fondo del mar, impidiendo que el emprendimiento se mueva.

En aguas poco profundas, como es el caso del Mar del Norte, se instalan bases en el fondo del mar. Pero a grandes profundidades, la elección recae sobre la tercera opción: las plataformas flotantes.  

Paso 2: Elegir los mejores aerogeneradores 

Las turbinas eólicas o aerogeneradores son las formas más comunes de designar los sistemas de conversión de energía eólica en energía eléctrica.

Sea en tierra o en mar, el sistema de producción eléctrica es similar: el viento gira las palas que hacen mover un eje, que a su vez se unen a un generador, produciendo electricidad. El generador consiste básicamente en un íma y en una bobina que, al girar uno sobre el otro, producen corriente eléctrica. Esta corriente se dirige hacia una estación de transformación, ya en tierra, y distribuida por la red eléctrica.

Turbinas offshore

Pero volvamos al escenario en que se veía con la construcción de un parque eólico offshore. Para la utilización de las corrientes eólicas marítimas, lo más recomendado sería implantar aerogeneradores de gran porte, capaces de soportar fuerza eólica constante, para que la producción de electricidad se realice de forma eficaz y segura.

La industria eólica ha realizado inversiones para adaptar las turbinas eólicas convencionales al aprovechamiento en el mar. Las principales diferencias tienen que ver con los materiales empleados: cuando se destinan a la utilización offshore, incluyen protección contra la corrosión, sistemas de apoyo a la deshumidificación, así como refuerzos en el nivel del revestimiento del metal utilizado en la carcasa de la máquina. 

De hecho, las turbinas eólicas evolucionaron mucho en los últimos 30 años. Al principio, sólo existían las turbinas de velocidad constante (que dominaron el mercado hasta el final de la década de 1990), en el que la velocidad de rotación de la turbina fue dictada por la frecuencia de la red, evitando de este modo el ajuste de la velocidad del generador a la velocidad de viento.

Estos fueron evolucionando hasta los sistemas de velocidad variable. Estos permiten hacer el "desacoplamiento" entre la frecuencia de la red y la frecuencia que se impone al generador por la velocidad del viento local (junto con el control aerodinámico de la turbina), haciendo posible operar el sistema a varias velocidades.

El concepto de velocidad variable ha sido progresivamente adoptado por los fabricantes y actualmente integra la mayoría de la oferta comercial, por lo que probablemente sería su elección en un escenario post-apocalíptico.

Paso 3: Llevar la energía eléctrica hasta tierra firme

Como hemos visto, la producción de energía eólica en el mar exige estructuras de apoyo para aerogeneradores específicas y turbinas que sean capaces de enfrentar las condiciones marítimas. Pero aún es necesario encontrar una forma de hacer llegar la energía hasta la tierra.

Offshore: grid connection

Existen varios sistemas de transmisión de electricidad, siendo que los offshore tienen condiciones de instalación, operación y mantenimiento bastante restrictivas. Los más utilizados son los Sistemas de Transmisión en Alta Tensión en Corriente Alternada. Esta tecnología implica sólo la presencia de un cable submarino, una Subestación ubicada en offshore, otra ubicada en onshore y un punto común de conexión, en corriente alterna.

Garantizadas esas condiciones, se cumpliría su misión de usar la energía del viento sobre el mar para producir electricidad, que luego sería transportada hasta la tierra y distribuida por la red eléctrica hasta la casa de las personas.

Windfloat

El proyecto piloto en Portugal

En Portugal, EDP, en asociación con InovCapital y Principle Power, instaló la primera torre eólica flotante en 2011 a lo largo de Aguçadoura, cerca de Povoa de Varzim.

Durante 5 años y con una turbina eólica de 2 mega vatios, la plataforma se ha servido de los vientos fuertes del océano Atlántico para producir electricidad suficiente para alimentar a 1.300 casas. Fue construida en Lisnave, al sur de Lisboa, y remolcada a más de 400 km Aguçadoura, donde finalmente fue instalada.

Windfloat 1

Con el éxito de Windfloat1, se le dio la luz verde para la construcción de uno de los mayores parques de energía eólica flotante del mundo, que se elevará a 20 km de la costa portuguesa, cerca de Viana do Castelo.  

El proyecto se conoce con el nombre de WindFloat Atlantic y nació de la mano de EDP Renováveis, Repsol y Principle Power, con una financiación de 60 millones de euros del Banco Europeo de Inversiones.

La central debe estar lista para inyectar energía en la red a finales de 2019, con electricidad suficiente para abastecer a 16.000 hogares. El parque Windfloat Atlantic contará con tres aerogeneradores, cada uno con una potencia de 8,4 mega vatios y las plataformas estarán dispuestas en línea, todas a la misma latitud y separadas entre sí unos 600 metros.

En el marco de la construcción de una plataforma instalada en mares muy profundos frente a Viana do Castelo, la elección de las fundaciones recayó sobre las flotantes (de ahí el término Windfloat), cuando las fundaciones "tradicionales" son las que tienen bases fijas en el fondo del mar. Este proyecto contribuyó así a crear un nuevo estándar tecnológico en la explotación de energía eólica y abrir puertas a la instalación de estas soluciones en mares más profundos en todo el mundo.

Windfloat 2

Offshore por el mundo

El primer parque eólico marino en el mundo fue construido en de Dinamarca (Vindeby) en 1991, ante el asombro de la industria de la energía, el parque eólico era considerablemente más pequeño que las centrales eléctricas de carbón habituales y, fue construido sobre agua salada, en condiciones dudosas (para la época).

Pero el escepticismo rápidamente dio lugar al entusiamo cuando se percibió que la producción de energía offshore era más eficiente que en tierra. Los avances tecnológicos se sucedieron y la implantación de turbinas también, primero en Europa y Asia, expandiéndose después a Estados Unidos y al resto del mundo.

En los días de hoy, la energía eólica se explora principalmente en el Mar del Norte, en las costas del Reino Unido, Bélgica, Holanda, Alemania y Dinamarca. Pero la actividad también ha aumentado considerablemente en los mares de China, que se sitúa ahora en el top 5 del mercado internacional.

Para el año de 2030, las previsiones de Bloomberg indican que este crecimiento va a aumentar aún más a nivel global, siendo posible que la capacidad instalada va más que triplicarse en 10 años, en varias regiones.

Offshore por el mundo

Lo que el futuro nos reserva

EDP desarrolla sus proyectos de energía eólica a través de EDP Renováveis (EDPR). Presente en 13 países, desde Europa hasta América, su cadena de valor incluye el desarrollo, la ingeniería y el funcionamiento de las plataformas generadoras.

El offshore tiene un peso cada vez más significativo en el negocio de EDPR, algo que quedó patente con la victoria de la empresa en la subasta para la explotación de la central "Mayflower" - ubicada en la costa este de los Estados Unidos, con una potencia instalada de 1600MW y que debe comenzar a operar en 2022.

"La victoria en esta subasta es principalmente un fortalecimiento de la posición de EDP en lo que ha sido una nueva vía de crecimiento para el grupo: el offshore", reiteró António Mexia sobre el tema, añadiendo que "EDP Renováveis está entrando en el segmento offshore en el principal mercado de crecimiento renovables, los Estados Unidos, donde la empresa ya es uno de los principales jugadores en energía eólica onshore".

El desarrollo de proyectos como WindFloat posicionan a EDP como líder mundial en la tecnología eólica flotante offshore y permiten aumentar la importancia de la generación renovable en el sector energético. Además de su victoria en EEUU, la compañía actúa en Escocia, está desarrollando dos centrales eólicas offshore en Francia y tiene planes para competir en futuras subastas de energía eólica marítima en ese país.

La energía eólica ha sido un foco de atención de EDP, no sólo para aprovechar este recurso natural abundante, sino también para contribuir a la expansión de las energías limpias y para una sociedad descarbonizada, en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible con los que se comprometió.