El viento sobre las aguas profundas ofrece el potencial para convertirse en una de las mayores fuentes de energía renovable del país.
El Dr. Todd Griffith, investigador de la Universidad de Texas en Dallas, ha pasado años trabajando en un diseño de turbina eólica en alta mar que puede convertir esos vientos de aguas profundas en electricidad. Recientemente, Griffith recibió una subvención de $ 3.3 millones del Departamento de Energía de los EE. UU. Para llevar su tecnología al siguiente nivel. El premio Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) brinda apoyo a su equipo para diseñar y construir un prototipo para una turbina eólica flotante en alta mar.
La nueva subvención fue parte de $ 26 millones en fondos de ARPA-E para 13 proyectos para acelerar las tecnologías de turbinas eólicas marinas flotantes a través de las turbinas aerodinámicas, más ligeras y a flote, con el programa de tecnologías náuticas y servocontrol integrado (ATLANTIS).
El Departamento de Energía estima que las aguas estatales y federales a lo largo de las costas de EE. UU. y los Grandes Lagos podrían generar el doble de la cantidad de energía generada por todas las plantas de energía eléctrica de la nación combinadas. Una de las mayores barreras para cosechar esa energía ha sido el alto costo de desplegar turbinas eólicas en aguas más profundas, donde se requieren plataformas flotantes. El proyecto de Griffith tiene como objetivo reducir el costo y superar los desafíos con la instalación y la conexión a redes de energía existentes con cables submarinos.
«Un diseño de turbina tradicional es ideal para la tierra, y puede tener sentido en alta mar en aguas poco profundas, pero cuando construyes en aguas profundas en el océano, necesitas un diseño totalmente nuevo», dijo Griffith, profesor asociado de ingeniería mecánica en Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.
El diseño de Griffith es radicalmente diferente de una turbina eólica tradicional de eje horizontal de tres palas. Se llama aerogenerador de eje vertical y tiene palas verticales y eje de rotación, en lugar de horizontal, y se parece más a un batidor de huevos volcado que a un molinete. La plataforma, que es más pequeña que las plataformas tradicionales, se ubica en parte sobre la superficie del océano y en parte debajo, como un barco. Está unida al fondo del mar con cables en lugar de estar anclada directamente al fondo del mar bajo profundidades oceánicas de al menos 200 pies. El generador y los controles están en la plataforma, lo que proporciona una mayor estabilidad y facilita el mantenimiento.
Las palas de la turbina se elevarían entre 600 pies y 700 pies sobre la superficie del océano, pero podrían alcanzar hasta 900 pies. Griffith dijo que las turbinas no obstruirían las vistas del océano porque estarían al menos a 20 millas de la costa, más allá del horizonte.
Griffith comenzó a investigar los diseños de aerogeneradores de eje vertical en 2009 cuando fue miembro principal del personal técnico y líder técnico en alta mar en el Departamento de Tecnologías de Energía Eólica de Sandia National Laboratories. Se unió a UT Dallas en 2017.
Bajo la nueva subvención, el equipo de UT Dallas incluirá estudiantes de doctorado, investigadores posdoctorales y el Dr. Mario Rotea, el presidente de Erik Jonsson y jefe de ingeniería mecánica, quienes dirigirán el impulso de los sistemas de control del proyecto. A través de un proceso llamado codiseño de control, Rotea dijo que trabajará en el desarrollo de los subsistemas necesarios para extraer la mayor potencia con el menor esfuerzo de la turbina, que incluye administrar las fuerzas en las palas y la velocidad de la turbina en condiciones climáticas cambiantes.
La investigación es crítica para expandir el uso de energía eólica en los Estados Unidos, especialmente en las zonas costeras, dijo Rotea. El único proyecto de energía eólica marina comercial del país, que entró en funcionamiento en 2016, es el parque eólico Block Island, a unas 4 millas de la costa de Block Island, Rhode Island.
«Un diseño de turbina tradicional es ideal para la tierra, y puede tener sentido en alta mar en aguas poco profundas, pero cuando construyes en aguas profundas en el océano, necesitas un diseño totalmente nuevo».
Dr. Todd Griffith, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Escuela de Ingeniería e Informática Erik Jonsson.
«Para aumentar la capacidad de energía eólica, tenemos que hacer uso de lo que está disponible sobre el agua», dijo Rotea. «El futuro requerirá el crecimiento de la capacidad de energía eólica tanto en tierra como en el océano, especialmente en regiones cercanas a grandes centros de población, como Nueva York, Houston y otros».
Los investigadores de UT Dallas están trabajando con la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y los socios corporativos Aquanis Inc., VL Offshore y XFlow Energy. Griffith dijo que el enfoque del equipo fue fundamental para ganar la subvención competitiva.
«Para mí, esta es una oportunidad para hacer una gran investigación con un gran equipo de ingeniería multidisciplinario», dijo Griffith. “Estamos uniendo diseño estructural, aerodinámica, sistemas de control, sistemas flotantes, economía y procedimientos de instalación. Es un verdadero problema de ingeniería a nivel de sistemas. Estoy emocionado de poder liderar a este increíble grupo para reunir toda esta tecnología y hacer realidad la visión del programa ATLANTIS «.
En otro proyecto financiado por el Departamento de Energía, Griffith está diseñando una turbina para usarla más cerca de la costa con palas más largas que la longitud de dos campos de fútbol. El diseño de dos palas orientado hacia el viento fue modelado según las palmeras para resistir tormentas y vientos fuertes.
La subvención para diseñar y construir un prototipo de turbina eólica marina flotante es uno de varios proyectos de investigación de UT Dallas centrados en el avance de la tecnología de energía eólica. Los investigadores de UT Dallas también son socios en un proyecto separado de ARPA-E para desarrollar nueva tecnología para aumentar la producción de energía de las turbinas eólicas sin aumentar las cargas mecánicas. Gran parte de la investigación de la energía eólica de la Universidad se enmarca en el Centro de Investigación Cooperativa de la Universidad / Industria de la Energía Eólica, Ciencia, Tecnología e Investigación (WindSTAR), financiado por la Fundación Nacional de Ciencias.
