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TECNOLOGÍA Y AMBIENTE
Turbinas múltiples; modulares y cometas, los diseños que renuevan el mercado
ENERNEWS

Desde turbinas de gran tamaño; pasando por modulares y múltiples y hasta cometas para atrapar el viento,  cómo se renueva el mercado global eólico 

 

25/05/2023

ANAHÍ ABELEDO

Con su altura considerable y sus aspas arrolladoras, las turbinas eólicas son quizás el signo visualmente más impactante del cambio del mundo hacia un futuro más sostenible. EE.UU. está apostando a turbinas de gran tamaño; en Irlanda se apuesta a cambios en la estabilidad con un diseño modular; en Noruega a turbinas múltiples para offshore; en Islandia a variantes que no necesitan diésel y en Munich las startups europeas echan a volar turbinas cometa. Los disruptores apuestan por diseños radicales. El gran proyecto de turbinas flotantes en el Golfo del Maine.

Una empresa con sede en Dublín con un diseño modular de turbina eólica marina flotante cree que su diseño marca una de las casillas más importantes que la industria eólica de aguas profundas aún tiene que resolver: la asequibilidad.

En los últimos años, los principales actores del sector han desarrollado enormes turbinas nuevas, y la era de las estructuras terrestres y marinas “de gran tamaño” parece estar a la vuelta de la esquina.

Si bien estas enormes piezas del kit se basan en un diseño familiar que incorpora una torre, una góndola y palas, algunas empresas están trabajando en nuevas ideas que, si se construyeran, se verían muy diferentes.  

Tres de las siete únicas turbinas eólicas marinas en aguas estadounidenses en el proyecto Deepwater Wind cerca de Block Island, Rhode Island.
Tres de las siete únicas turbinas eólicas marinas en aguas estadounidenses en el proyecto Deepwater Wind cerca de Block Island, Rhode Island

NORUEGA: TURBINAS MÚLTIPLES PARA OFFSHORE
Wind Catching Systems es uno de ellos. Establecida en 2017 y con sede en las afueras de la capital noruega de Oslo, se centra en el desarrollo de lo que llama una “planta de energía eólica flotante basada en un diseño de turbinas múltiples”, informa CNBC.

La idea general detrás del sistema Windcatcher, como se le conoce, se relaciona con maximizar la “generación de energía desde un área concentrada”. El diseño también incorpora un sistema basado en ascensores para la instalación de turbinas y el mantenimiento.

Las ilustraciones de cómo se vería el Windcatcher son ciertamente sorprendentes, se asemejan a una gran pared de cuchillas giratorias a base de agua.

La escala potencial de la misma es considerable. El CEO Ole Heggheim dijo que el “modelo grande” tendría una altura de 300 metros (alrededor de 984 pies) y un ancho de 350 metros.

Sin embargo, tal iteración está algo lejana. Si bien la versión grande del Windcatcher usaría 126 turbinas de 1 megavatio, Heggheim dijo que un modelo piloto planificado tendrá “entre siete y 12”, y el número exacto se decidirá en los próximos meses.

El plan es para una ampliación gradual. Siguiendo al piloto, Heggheim dijo que su empresa “probablemente construiría un tamaño intermedio, probablemente alrededor de 40 megavatios, antes de optar por el tamaño grande”.

EE.UU: TECNOLOGÍA FLOTANTE Y TURBINAS GIGANTES
Las turbinas eólicas marinas flotantes son diferentes de las turbinas eólicas marinas de fondo fijo, que están enraizadas en el lecho marino.

Una ventaja de las turbinas flotantes es que se pueden instalar en aguas mucho más profundas que las de fondo fijo y, en los últimos años, las principales economías, como la de EE. UU., se han propuesto aumentar las instalaciones eólicas flotantes.

Empresas como Wind Catching Systems están comenzando a atraer algunos patrocinadores notables a medida que los países y las empresas de todo el mundo buscan reducir sus emisiones y alcanzar objetivos de cero emisiones netas, dice CNN.

En junio de 2022, la compañía dijo que firmó un acuerdo estratégico con el gigante automotriz General Motors y también aseguró la inversión de GM Ventures.


Wind Catching Systems quiere desarrollar un sistema flotante de turbinas múltiples. Esta ilustración muestra cómo podría verse una vez implementado

 

La primera turbina eólica marina flotante de tamaño completo en los Estados Unidos se elevará 850 pies sobre las olas en el Golfo de Maine, aproximadamente tan alto como el famoso 30 Rockefeller Plaza de la ciudad de Nueva York.

Está previsto que la gigantesca máquina, con palas de 774 pies de diámetro y amarrada al fondo del mar con gruesos cables de metal, se sumerja en el agua a 20 millas al sur de la pequeña isla Monhegan de Maine para fines de la década. 

Se espera que genere hasta 15 megavatios de electricidad, suficiente para alimentar miles de hogares, y será solo una de una serie de 10 turbinas de este tipo que juntas producirán hasta 144 megavatios de energía limpia.

El conjunto de turbinas de Maine se unirá a las filas de solo alrededor de 20 "flotadores" de aguas profundas en todo el mundo, ubicados principalmente en Europa. Desarrolladores, funcionarios gubernamentales y expertos dicen que estas turbinas flotantes son el futuro de la industria de la energía eólica y están considerando proyectos que podrían entregar electricidad limpia a 750,000 hogares.

“Ese número está a punto de explotar”, dijo a CNN Henrik Stiesdal, el inventor y pionero danés de turbinas eólicas. Stiesdal fue el primero en ser pionero en la turbina de tres palas que se ha convertido en el icono de la energía eólica. En una señal de los tiempos, su compañía ahora se enfoca en instalar turbinas flotantes en aguas más profundas.


“Ahora tenemos una serie de tecnologías que pueden dar un paso al frente y proporcionar una gran parte de la electricidad que es limpia”, dijo a CNN el asesor climático nacional de la Casa Blanca, Ali Zaidi, en una entrevista reciente.

La gran mayoría de las turbinas eólicas marinas de todo el mundo están fijadas al fondo del lecho marino sobre cimientos sólidos. Pero esas turbinas también están limitadas a aguas menos profundas más cercanas a la costa.

Empujar los parques eólicos a aguas más profundas significa que se puede desarrollar más área, y los propios parques estarán mucho más lejos de la costa, y lejos de la vista de los propietarios.

“La mayoría de estas máquinas no se verán desde tierra”, dijo a CNN Walter Musial, quien dirige la investigación eólica marina en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. “Evitarán las preocupaciones clásicas de impacto visual que causaron que muchos proyectos se retrasaran o no fueran muy populares porque podían verse desde la costa”.

Stiesdal estimó que la energía eólica marina flotante podría eventualmente suministrar la mitad de la energía a las costas este y oeste, y señaló que Europa se ha fijado el objetivo de producir la mitad de su electricidad a partir de energía eólica flotante para mediados de siglo.

LA PRUEBA DE ESTRÉS
Con solo presionar un interruptor, una pared de ventiladores de alta potencia rugió sobre una piscina cubierta en la Universidad de Maine. En medio de la piscina, un pequeño modelo de aerogenerador se mecía en ondas artificiales frente al túnel de viento, sus aspas giraban lentamente.

Un grupo de ingenieros se paró junto a la piscina y observó atentamente mientras los datos comenzaban a aparecer en la pantalla de su computadora. Estaban simulando condiciones de fuerza de huracán a escala, probando la resistencia de una turbina eólica para ver si podía sobrevivir olas de 50 pies y velocidades del viento de cerca de 90 millas por hora.

“Básicamente estamos midiendo cuánto se inclina, qué tan rápido se mueve la turbina”, dijo Anthony Viselli, gerente de diseño estructural y pruebas de modelos costa afuera de la universidad.


Los ingenieros prueban un modelo de viento marino flotante en la piscina del Centro de Compuestos y Estructuras Avanzadas de la Universidad de Maine, que es pionero en diseños de turbinas flotantes

 

El Centro de Compuestos y Estructuras Avanzadas de la Universidad de Maine, donde se encuentra la piscina, se siente como la clase de taller tecnológicamente más avanzada que jamás haya visto. 

“Todos podemos estar de acuerdo en que nos estamos divirtiendo mucho”, dijo Viselli. “Estás trabajando en tecnología que puede tener enormes efectos sociales y creación de empleo. Es solo marcar todas las casillas. No son muchos los problemas en los que puedes tocar todas esas cosas significativas y realmente hundir tus dientes en un gran problema de ingeniería”.

La energía eólica marina flotante de California y EE. UU. a menudo se mencionan juntas. Las aguas costeras del estado son demasiado profundas para las turbinas convencionales, y California celebró recientemente su primera venta de arrendamiento de energía eólica marina flotante. Se esperan otros arrendamientos en alta mar en el futuro frente a la costa de Oregón y el Golfo de Maine, cerca de donde el equipo de Dagher está lanzando su turbina de prueba.

Arne Vatnøy, portavoz del grupo comercial Norwegian Offshore Wind, calificó la reciente oleada de actividad en la energía eólica marina de EE. UU. como “el impulso de Biden”.

“Así es como lo vemos”, dijo Vatnøy a CNN. “Un cambio en la forma en que la gente habla de EE. UU. y la energía eólica marina en la misma oración después de Biden”.


Un modelo de viento marino flotante gira frente a una enorme pared de ventiladores en el laboratorio, la piscina cubierta simula olas. La pared de ventiladores replica  los vientos huracanados.

 

Una demostración eólica marina flotante a pequeña escala diseñada por ingenieros de la Universidad de Maine se encuentra en las aguas frente a la costa de Maine. Lanzada en 2013, esta turbina conectada a la red ha estado recopilando datos para ver cómo les iría a las turbinas flotantes más grandes durante las tormentas en las aguas costeras de Maine.

 

IRLANDA: EL DISEÑO MODULAR
En lugar de reducir la altura de sus turbinas, construir una base más ancha y estable o intentar desarrollar un método completamente nuevo para capturar la energía eólica, Gazelle Wind Power optó por mirar debajo de la superficie para realizar cambios en la flotabilidad y la flexibilidad. dice el portal The Register.

Si bien aún debe anclarse al lecho marino, el diseño de Gazelle coloca los cables de anclaje en un trío de brazos articulados que ayudan a que la plataforma se mueva con el movimiento del océano. Para garantizar que la torre de la turbina permanezca estacionaria, un contrapeso cuelga del centro de la plataforma; Gazelle afirma que esto reducirá el paso de la turbina a menos de cinco grados, lo que según la compañía reducirá en gran medida el desgaste de la torre. 

A pesar de esos cambios de diseño, el resultado es una base de turbina que Gazelle considera que es más pequeña, más liviana y un 30 por ciento más económica de implementar en comparación con los diseños semisumergibles tradicionales, dijo . Hablando recientemente con IEEE Spectrum , el CTO de Gazelle, Jason Wormald, afirmó que la turbina contrabalanceada fue diseñada desde cero, por así decirlo, para la industria eólica marina.

 

LAS STARTUPS EUROPEAS Y LAS COMETAS
En un sitio de prueba cerca de Munich, los ingenieros lanzaron recientemente una cometa estilo caja que genera electricidad equipada con pequeños rotores que atrapan el viento. El artilugio, atado al suelo por un cable pesado, voló repetidamente en una figura predeterminada de ocho, sus rotores girando en el viento, según el sitio especializado TNW.

“La velocidad del viento es un par de veces mayor que la que vería una turbina eólica convencional”, dice Maximilian Isensee, director ejecutivo de Kitekraft, explicando cómo el movimiento mismo de la cometa impulsa la generación de energía. “Es por eso que podemos salirnos con la nuestra con rotores mucho más pequeños”.

La figura de ocho significa que la cometa invierte la dirección a medida que vuela, por lo que la cuerda no se tuerce, lo que sucedería si la cometa simplemente volara en círculos. 

Kitekraft, por su parte, ha recaudado 2,5 millones de euros en financiación hasta la fecha, el 25 % de los cuales ha sido en forma de subvenciones. La empresa tiene ocho empleados. Su prototipo es una versión a un cuarto de escala del primer producto comercial que Isensee y sus colegas esperan lanzar: una cometa con una capacidad de 100 kilovatios. Esto requeriría una cuerda larga, que se extendería hasta 150 m.

Pero Kitekraft quiere ir aún más grande y construir enormes cometas en el rango de megavatios, con amarres de más de 300 m. Tales máquinas podrían volar a altitudes comparables a la altura del Empire State Building en Nueva York.

Isensee dice que las cometas tendrán una ventana operativa comparable a las turbinas tradicionales y podrían volar con velocidades de viento al aire libre de aproximadamente 5 m/s y 25 m/s. Los sensores a bordo detectan vientos excesivos y pueden activar el enrollado automático de la cometa, para que regrese al suelo. El equipo está probando algunas cámaras y sensores que podrían detectar aves y evitar posibles choques con aves, agrega Isensee.

Usar una cometa para atrapar el viento es una idea interesante, dice Richard Cochrane de la Universidad de Exeter, quien a veces asesora a la industria de la energía eólica. “Podría permitir el despliegue de [tecnología de energía] eólica en tal vez una isla en la que no se podría instalar una turbina normal”, agrega. Isensee confirma que el sistema utiliza aproximadamente un 90 % menos de material que las turbinas eólicas convencionales, por lo que, en principio, sería mucho más fácil enviar las cometas a lugares remotos o de difícil acceso.

Este año, Kitekraft tiene como objetivo continuar con sus vuelos de prueba y apunta a sus primeras instalaciones comerciales alrededor de 2024 o 2025 (Turbinas cometa: foto de portada)

 

ISLANDIA, LA OPCIÓN SIN DIESEL
Por otra parte, una empresa con sede en Islandia ha ideado una pequeña turbina eólica de eje vertical que podría alimentar torres de telecomunicaciones y otras infraestructuras relativamente remotas. 

El dispositivo de Icewind es una especie de cilindro curvo abierto que gira dentro de un marco de metal. “Es aproximadamente del tamaño de un refrigerador”, dice Stephen Drake, director ejecutivo.

La empresa, que tiene tres empleados a tiempo completo y ha recaudado US$4 millones hasta la fecha, ha utilizado generadores de alto par en estas turbinas, lo que significa que giran con bastante lentitud. 

Un dispositivo puede generar alrededor de 600 vatios con vientos de 10 metros por segundo, que no es una gran cantidad de energía, pero varios ubicados y encadenados juntos podrían alimentar una antena telefónica, dice Drake.

Alrededor de un millón de torres de telecomunicaciones en todo el mundo están ubicadas en áreas con conexiones a la red eléctrica deficientes o inexistentes. Por lo tanto, actualmente dependen de generadores diésel para obtener energía. 

Ahora, la industria de las telecomunicaciones está buscando alternativas más limpias que podrían incluir turbinas como la de Icewind. “Sabíamos que encajaba al instante”, dice Drake. Cada turbina cuesta alrededor de US$ 8,000 en la actualidad y la empresa planea entregar sus primeros dispositivos comerciales a los clientes este año.

 

 

 

 

 

 


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*La información y las opiniones aquí publicados no reflejan necesariamente la línea editorial de Mining Press y EnerNews

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