El primer parque eólico flotante en Portugal se construirá a fines de 2019, y también será uno de los parques eólicos flotantes más grandes del mundo. Este es un paso importante para crear un futuro más sostenible y, comprensiblemente, trae algo de curiosidad. Estamos acostumbrados a ver enormes aerogeneradores, pero … ¿turbinas eólicas flotantes? ¿Y en alta mar?
Descubra la mecánica de esta tecnología de producción de energía limpia, los desafíos que conlleva, y obtenga una idea general sobre esta industria, que ciertamente se «extenderá como el viento» en los próximos años.
La energía eólica se ha utilizado para mover todo tipo de molinos desde tiempos inmemoriales, desde el siglo I a. C., para ser más precisos. En aquel entonces, Heron (un ingeniero y matemático de la antigua Alejandría) inventó y creó la primera máquina activada por la energía eólica: un instrumento musical real, un órgano. El instrumento incluía un pequeño molino de viento que, al girar, activaría un pistón y haría que el aire fluyera a través de los tubos del órgano, produciendo sonidos similares a los de una flauta.
Desde entonces, los molinos de viento han servido para una variedad de propósitos, desde moler granos hasta bombear agua y, más recientemente, producir electricidad. Pero para optimizar esta fuente de energía renovable, había que mejorar la tecnología y estudiar el comportamiento del viento en detalle. Aprovechar esta fuente de energía depende de varios factores.
Rugosidad: la industria eólica utiliza una escala para clasificar la rugosidad de un terreno: cuanto más áspero es el terreno, más lento es el viento. Por lo tanto, mientras que un bosque puede tener una clase de rugosidad de 3 a 4, la superficie del mar o de un lago tiene una influencia insignificante en el viento, lo que significa que tiene una clase de rugosidad de 0. Se hace evidente por qué hay un impulsar el despliegue de turbinas eólicas en alta mar.
Variabilidad del viento: es la fluctuación de la velocidad del viento y, en consecuencia, de su contenido energético. El viento suele ser más fuerte durante el día, ya que la diferencia de temperatura entre la superficie del mar y la superficie de la tierra es mayor durante ese período. Como tal, la producción de energía eólica es mayor durante el día.
Turbulencia: aquellos a quienes no les gusta viajar en avión probablemente hayan sentido este fenómeno antes. Este es un movimiento de flujo de aire irregular que puede ser causado por tormentas, ráfagas de viento en varias direcciones o áreas de alta aspereza (en estos casos, debido a los obstáculos que encuentra el viento en su camino). La turbulencia reduce tanto la producción de energía eólica como la vida útil de los aerogeneradores.
Estos y otros efectos deben tenerse en cuenta al implantar un parque eólico y tienen implicaciones de largo alcance, por ejemplo, en la distancia entre torres de turbinas. El efecto de turbulencia puede ser tres veces mayor que el tamaño del objeto que lo causa, por lo que es importante no desplegar turbinas cerca de grandes obstáculos.
¿Cómo construir un parque eólico marino en 3 pasos?
Contrariamente a lo que sugiere su nombre, también es posible desplegar parques eólicos «en alta mar» en cuerpos de agua terrestres como lagos, fiordos y zonas costeras.
El despliegue de un parque eólico marino es un gran desafío que involucra a varios profesionales y diversos trabajos, como dragar el fondo marino, transportar, ensamblar y colocar los cimientos e instalar cables submarinos.
Estas actividades también requieren equipos especializados, así como personas para operar las máquinas y la infraestructura de soporte. Por todas estas razones, los parques eólicos marinos son mucho más caros que los parques terrestres. Sin embargo, proporcionan un alto retorno de la inversión, tanto económica como ambientalmente.
Imagine que en un entorno post-apocalíptico o en un universo paralelo, usted y un grupo de amigos son la única esperanza de restaurar el suministro de electricidad de su comunidad, por lo que decide construir un parque eólico marino. Bueno, nunca sabes lo que sucederá mañana, así que te ofrecemos algunas pautas generales sobre el proceso.
Paso 1: fijación de los aerogeneradores al fondo marino
El primer paso sería descubrir cómo desplegar las turbinas eólicas en un terreno tan inestable como el fondo del mar o de un lago. Esto se logra a través de cimientos específicos para parques eólicos marinos, que pueden diseñarse y fabricarse de diferentes maneras.
Como esta es la estructura que conectará la turbina eólica al «suelo», deben tenerse en cuenta las condiciones específicas del terreno, así como los pros y los contras de cada tipo de base.
La base debe soportar no solo las cargas estáticas (como el peso del aerogenerador) sino también las cargas dinámicas (como las ráfagas de viento y los terremotos). Por lo tanto, es necesario realizar varios estudios, como evaluaciones meteorológicas y geológicas, en el área de despliegue de centrales eólicas en alta mar.
Además de la difícil elección de la base, se pueden utilizar tres métodos para estabilizar la última en el fondo marino:
El uso de la gravedad, en el cual el peso de la base misma asegura que permanezca fijo y estable en la superficie del océano;
La fijación de las pilotes al lecho marino, con la perforación del suelo para la inserción de las pilotes;
El método de adhesión (amarre), que requiere una conexión entre una plataforma flotante y anclajes fijos al fondo marino, evitando que la estructura se mueva.
En aguas poco profundas, como el Mar del Norte, se instalan bases en el fondo marino. Pero a grandes profundidades, las plataformas flotantes son la mejor opción.
Paso 2: elegir las mejores turbinas eólicas
Las turbinas eólicas o aerogeneradores son los nombres más comunes para los sistemas de conversión utilizados para convertir la energía eólica en energía eléctrica.
Ya sea en tierra o en alta mar, el sistema de producción de electricidad es similar: el viento gira las palas, haciendo que un eje se mueva, que a su vez está conectado a un generador, convirtiendo la energía cinética del viento en electricidad. El generador consiste básicamente en un imán y una bobina que, cuando se gira uno sobre el otro, produce corriente eléctrica. Esta corriente luego se canaliza a una estación de transformación en tierra y se distribuye por la red eléctrica.
Pero volvamos al escenario de la tarea de construir un parque eólico marino. Para utilizar las corrientes de viento oceánicas para producir electricidad de la manera más efectiva y segura posible, la mejor opción sería desplegar grandes aerogeneradores que puedan soportar la energía eólica constante.
La industria eólica ha estado adaptando las turbinas eólicas convencionales a las condiciones de alta mar. Las principales diferencias radican en los materiales utilizados: en condiciones de alta mar, las turbinas eólicas incluyen soluciones de protección contra la corrosión, sistemas de soporte de deshumidificación y recubrimientos metálicos mejorados en la carcasa de la máquina.
De hecho, las turbinas eólicas han cambiado mucho en los últimos 30 años. Inicialmente, solo las turbinas de velocidad constante (que dominaron el mercado hasta fines de la década de 1990) estaban disponibles: la velocidad de rotación de la turbina estaba dictada por la frecuencia de la red, evitando así que la velocidad del generador se ajustara a la velocidad del viento.
Estas turbinas han evolucionado hacia sistemas de velocidad variable. Estos sistemas permiten desacoplar la frecuencia de la red de la frecuencia impuesta al generador por la velocidad del viento (junto con el control aerodinámico de la turbina), lo que nos permite operar el sistema a varias velocidades.
El concepto de velocidad variable está siendo adoptado por los fabricantes y la mayoría de los modelos comerciales lo usan hoy en día, por lo que probablemente esta sea su elección en nuestro escenario.
Paso 3: llevar electricidad a tierra
Como hemos visto, los parques eólicos marinos requieren estructuras de soporte específicas para aerogeneradores, así como turbinas que pueden soportar condiciones de alta mar. Pero necesitamos encontrar una manera de llevar electricidad a tierra.
Existen varios sistemas de transmisión de electricidad, pero los sistemas costa afuera tienen requisitos de implementación, operación y mantenimiento muy restrictivos. Los más utilizados se conocen como sistemas de transmisión de corriente alterna de alto voltaje. Esta tecnología no requiere nada más que un cable submarino, una subestación en alta mar, una subestación en tierra y un punto de conexión de CA común.
Una vez que se cumplan estas condiciones, habrá cumplido su misión de utilizar la energía eólica marina para producir electricidad, llevarla a tierra e inyectarla en la red eléctrica antes de llegar finalmente a los hogares de las personas.
En 2011, EDP, en asociación con Inovcapital y Principle Power, desplegó la primera torre eólica flotante en Portugal, ubicada frente a la costa de Aguçadoura, cerca de Póvoa de Varzim.
Durante 5 años, y con una turbina eólica de 2 MW, la plataforma utilizó los fuertes vientos del Océano Atlántico para producir electricidad suficiente para abastecer a 1.300 hogares. Fue construido en Lisnave (al sur de Lisboa) y remolcado durante 400 km hasta Aguçadoura, donde finalmente se instaló.
El éxito de WindFloat1 allanó el camino para la construcción de uno de los parques eólicos flotantes más grandes del mundo, que se construirá a 20 km de la costa portuguesa, cerca de Viana do Castelo.
El proyecto se llama WindFloat Atlantic y fue creado por EDP Renováveis, Repsol y Principle Power con una financiación de 60 millones de euros del Banco Europeo de Inversiones.
El parque eólico debería estar listo para inyectar energía en la red a fines de 2019, proporcionando suficiente electricidad para abastecer a 16.000 hogares. La eólica WindFloat Atlantic tendrá tres aerogeneradores de 8,4 MW y las plataformas se desplegarán en línea, todas a la misma latitud y a unos 600 m una de la otra.
Dado que la plataforma se desplegará en mares muy profundos frente a la costa de Viana do Castelo, se han elegido cimientos flotantes (en lugar de cimientos «tradicionales», cuyas bases se fijan al fondo marino), de ahí el término WindFloat. Este proyecto contribuirá así a crear un nuevo estándar tecnológico en la explotación de energía eólica, allanando el camino para la implementación de soluciones similares en mares más profundos de todo el mundo.
Parques eólicos marinos en todo el mundo
Construido en Dinamarca (Vindeby) en 1991, el primer parque eólico marino del mundo se encontró con el escepticismo de la industria energética: el parque eólico era considerablemente más pequeño que las usuales centrales eléctricas de carbón y se construyó sobre agua salada en lo que, en ese entonces, se pensaba que eran circunstancias dudosas.
Pero el escepticismo rápidamente dio paso al entusiasmo cuando la industria se dio cuenta de que la producción en alta mar era más eficiente que los sistemas en tierra. Los avances tecnológicos siguieron y también el despliegue de turbinas eólicas, primero en Europa y Asia, y luego en los Estados Unidos y el resto del mundo.
Hoy en día, la energía eólica se explota principalmente en el Mar del Norte, frente a las costas del Reino Unido, Bélgica, los Países Bajos, Alemania y Dinamarca. Pero se ha expandido significativamente en los mares de China, que ahora es uno de los 5 principales productores del mercado internacional.
Según Bloomberg, la industria continuará creciendo en todo el mundo hasta 2030, y en algunas regiones, la capacidad instalada se triplicará en los próximos 10 años.
