La palabra más soez y la carta más grosera son mejores, son más educadas que el silencio. Friedrich Nietzsche (1844-1900). Filosofo alemán.
30/11/2009 - 10:18h

El parque eólico flotante

Statoil tiene gran experiencia gracias a sus plataformas marinas, y sabe proteger de la galerna a sus instalaciones en el litoral del Mar del Norte. Es una de las empresas más indicadas para estudiar el aerogenerador flotante durante fases de viento y olas violentas, logrando la verticalidad de la torre pese a todo. Siempre se cuenta con el recurso, ante galernas de 50 millas/hora o mayores, de colocar las palas en bandera, entrando en pérdida.
Una maqueta de 3 m. de altura, simulando un aerogenerador flotante, fue probado en un tanque hidrodinámico de pruebas de Sinterf,Stavanger, Noruega, que genera olas artificiales. Las boyas sobre las que se apoyaba estaban diseñadas de forma que atenuaban el golpe del agua contra la estructura.

Con esta experiencia se construyó la máquina definitiva, llamada HyWind, con una potencia de 2,3 MW, un rotor eólico y 80 m de diámetro, situdo a 65 m sobre el nivel del mar. El aerogenerador es soportado por tres boyas, de un calado de 100 m. A su vez las boyas están ancladas al fondo marino, cada una con tres puntos de anclaje. Desde octubre de 2009, ya está suministrando energía eléctrica a la red noruega, a través de un cable submarino. El aerogenerador se encuentra 10 km adentro en el litoral de Karmoy, cerca del puerto de Bergen, Noruega.

El Proyecto Karmoy ha costado 400 millones de coronas noruegas, con una duración de dos años. Statoil no pretende lograr ganancias, solo aspira a probar la estabilidad del aerogenerador durante las galernas. Más adelante diseñará generadores flotantes de alto rendimiento, incluso con mar gruesa. Como los vientos en el mar son más intensos, se espera que el rendimiento del generador marino será más elevado que el de tierra firme.

Alexandra Beck, de Statoil, presupo ne que la energía eólica flotante no está madura, hay que cooperar con las autoridades, y el camino hacia el desarrollo y comercialización será largo. Es fácil recordar tecnologías hoy pujantes, que han tardado largos decenios en su perfeccionamiento. El precio del petróleo sigue siendo un fuerte competidor.

Además del generador de eje horizontal, el convencional, existe el de eje vertical, tipo Darrieus, que también presenta problemas, sin duda mayores.  HyWind, 138 Tm, inagurado el 8 de septiembre, permitirá instalar aerogeneradores en el mar hasta una profundidad de 700 m., una nueva era en la eólica marina.

Como el litoral español tiene poca plataforma continental, a poca distancia de la costa hay mucha profundidad. Nos convienen los aerogeneradores flotantes. La rentabilidad económica presupone máquinas de gran potencia: 5y 6 MW, de las que ya disponemos en el mercado. Hasta ahora las máquinas eólicas solo podían funcionar a una profundidad de agua no superior a 30-50m.

El rendimiento es satisfactorio: el 30 de septiembre de 2009, Repower ha inagurado el parque marino de Alha Ventus, en Alemania, a una profundiad de 30 m., que tendrá 12 turbinas no fotantes de 5 MW.

En el Proyecto HyWind participan Siemens, con la turbina eléctrica SWT , de 2,3 MW, Technip, con la estructura flotante, y Nexans, con el cable submarino.

Statoil y Siemens han desarrollado un sistema de control para las condiciones de trabajo de HyWind, principalmente lograr la atenuación de las olas que golpean la estructura flotante. Statoil tiene 18 años de experiencia en estructuras flotantes.

Siemens tiene ya flotando generadores por una potencia total de 600 MW en 7 proyectos,y recibe pedidos para 3.300 MW. esa cifra supone una cuarta parte de los ingresos de la empresa.

Como el rendimiento del aerogenerador es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento, y en el mar la velocidad es mayor que en tierra, la eólica marina parece más rentable que la terrestre. Pero también es más cara: instalar un MW en el mar cuesta el doble que en tierra.

La velocidad angular de las palas varía sin cesar, y por tanto, las averías. En tierra es fácil acceder a la máquina eólica averiada. En el mar es más difícil. Un problema habitual son la cizalladura del viento (cambio rápido de dirección) y los huecos de tensión, un transitorio en que la tensión disminuye bruscamente, y a continuación se recupera. Suele causarlo un cortocircuito, por ejemplo, un rayo.

La Asociación Eolica Española nos recuerda que poner en marcha un parque marino cuesta unos seis años, pues son necesarios procesos de estudio estratégico, autorización administrativa, ejecución, etc.

Iberdrola Renovables lidera el Proyecto Emerge, para hacer viables los aerogeneradores flotantes. El Proyecto tiene una duración de cuatro años. La costa española gana cotas de gran profundidad, mucho más cerca de la playa que en otras geografías, como Dinamarca. Es difícil instalar aerogeneradores con torres clavadas en el fondo del mar a una distancia tan lejana de la costa que evite el impacto visual. Se trata de operar en profundidades superiores a los 60m. Estas máquinas se diseñan con una plataforma flotante, y se anclan con cadenas al fondo, de tal  modo que tengan cierto movimiento, pero no anden a la deriva. Para la experiencia están aprovechando la pericia de las empresas en la construcción de plataformas petroleras, también flotantes.

Iberdrola trabaja en colaboración con los fabricantes de aerogeneradores, para lograr una máquina completa, que aúne la parte flotante con la de producción de energía. Iberdrola hará la prueba con una turbina de Ecotecnia de 3 MW,un prototipo a pequeña escala. Pero se prevé usar turbinas de 4,5 MW, e incluso superiores.

Otra solución es simplificar la máquina: suprimir el multiplicador entre el rotor de palas y el generador. Como el generador funciona a una frecuencia de 50 Hz, a una velocidad angular constante, y las palas varían continuamente la velocidad de giro, hace falta un adaptador entre ambos, un convertidor de frecuencia. Hay varias soluciones con sus pros y contras. Cada fabricante escoge la solución más práctica.

Ante un viento muy fuerte, la máquina se para automáticamente. El aerogenerador marino es diferente del terrestre.


La tecnología más eficaz
Precisamente porque el kW instalado en el mar, flotante o no, cuesta el doble que el terrestre, solamente las máquinas de mayor potencia y más eficientes pueden convertir el parque marino en un éxito económico.

Solo un rotor de tres palas, esbeltas y rápidas, por supuesto, con paso variable. El perfil presentará una elevada relación entre el coeficiente de sustentación y el de arrastre. La alta velocidad de las palas es necesaria para minimizar el par, ya que éste genera un torbellino de aire detrás del rotor, que absorbe energía. La velocidad también tiene un límite, ya que llega un momeno en que el coeficiente de arrastre aumenta tanto,que inutiliza un perfil demasiado rápido. Esto ocurre para velocidades de punta de pala a 0,5 de la velocidad del sonido. la tendencia de la pala a comprimir el aire disminuye la eficiencia y aumenta el ruido.

El material de la pala mejora la antigua resina epoxi con fibra de vidrio: ya se usa la fibra de carbono más fuerte y menos pesada que la fibra de vidrio. El resultado es un rotor nuevo de mayor diámetro y potencia que el anterior, con palas mayores, que pesan lo mismo que las pequeñas de antes.
La potencia de la máquina es igual al producto del par por las revoluciones por minuto, por ello los actuales aerogeneradores giran más deprisa que los de la etapa anterior. El rotor sigue girando más despacio que lo exigido por un generador eléctrico, que gira entre 1.200 y 1.800 rpm. Ya hemos aludido a este problema. Hace falta una multiplicación. El 28 de septiembre pasado, General Electric ofreció la solución, totalmente nueva: el rotor de velocidad variable accionará directamente, sin multiplicador, al generador, de frecuencia constante. Adopta un adaptador sin engranajes, que pesa un 20% más y además es más caro. General Electric lo tendrá a punto en 2012.

El fabricante M.Torres suprime también el multiplicador. Su generador es síncrono multipolar, que produce energía de frecuencia variable, luego la rectifica y, posteriormente, la convierte en alerna de 50 Hz, frcuencia sincronizada con la red, con bajo nivel de armónicos.

Sin esperar a General Electric, para que el multiplicador sea más fácil de diseñar, hay que aumentar la velocidad de giro y disminuir el par. Por eso la velocidad de la punta de pala puede llegar hoy día hasta 450 km/h para vientos de solo 30 km/h. La relación entre la velocidad de la pala y la del viento es de 15. A esa cifra llamamos velocidad específica. Los rotores de gran radio son más eficientes que los de radio pequeño.

Los microprocesadores de control, que además son baratos, han resuelto el problema grave de controla del rotor de palas. Actúan sobre las plas de paso variable, alerones, frenos aerodinámicos, mecanismos de orientación, etc.

El rotor es tan inteligente que se adapta a las ráfagas sin que le afectes situciones extremas.

El uso de generadores con imanes permanentes suprime las pérdidas de excitación y disminuye el peso y el tamaño.

El rotor marino está conectado a la red nacional por medio de un cable submarino. Tenemos larga experiencia desde que el barco Goliar en 1850 enlazara Francia e Inglaterra con un cable submarino; llevamos 159 años perfeccionando el cable. El cable hay que enterrarlo en el lecho marino, para evitar percances causados por las redes de arrastre de los pesqueros y corrientes marinas.

Los cloruros y sulfatos del agua son potencialmente corrosivos para el cable. Pese a tantos poblemas, la energía eólica se abre paso en España, hasta tal punto que en días de fuerte vendaval, los parques eólicos han generado más MW que nuestras centrales nucleares. REE lo ha atestiguado.

Fuente: Eolus, noviembre-diciembre 2009


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