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Los Superconductores de alta temperatura (HTS) revolucionan la producción de electricidad mediante energía eólica

Los superconductores de alta temperatura (HTS) llevan camino para revolucionar la producción de electricidad mediante energía eólica. Los cables ultra-finos conducen la electridad sin ningún tipo de resistencia y sin pérdidas por sobrecalentamiento.  En comparación con el cobre, son tan ligeros como una pluma.  Aquí presentamos las principales líneas de investigación

En los sistemas eléctricos, los superconductores de alta temperatura son considerados indispensables porque ofrecen la posibilidad de eliminar el uso del cobre, lo que permite a su vez reducir el peso de las instalaciones eléctricas de forma drástica. Esto significa una sustanciosa reducción de peso en la góndola, los cimientos y la torre, y las cajas de cambio se harán innecesarias.
 
Ahora mismo, se están planeando  turbinas eólicas marinas de 10 MW con una nueva generación de estaciones eléctricas. La empresa americana American Superconductor (AMSC), la empresa alemana Zenergy Power en cooperación con la británica Converteam y el Instituto Danés de Investigación DTU se están esforzando actualmente por desarrollar estos sistemas hasta hacerlos viables comercialmente.
 
En comparación con el cobre, los superconductores tienen diversas ventajas. Conducen la electricidad sin resistencia y sin pérdidas por calor y pueden transmitir hasta 100 veces la energía que transmite un sistema convencional.
 
Este efecto se consigue cuando los materiales con propiedades de semiconductores se refrigeran hasta temperaturas muy bajas, por debajo de la llamada temperatura de transición. En cuanto se alcanza esa temperatura,  los electrones se mueven sin ningún tipo de impedimento a través del material. Para logralo, las bobinas se alojan en contenedores al vacío que están constantemente refrigerados a través de gases especiales. Normalmente esto se consigue mediante un efecto similar al utilizado en las bombas de calor.
 
Desde el descubrimiento a nivel científico de este invento hasta el desarrollo de los cables listos para su fabricacióne en serie, ha pasado un laargo tiempo... Ya en 1911, el holandés Heike Kamerlingh Onnes se dió cuenta de que el mercurio perdía su resistencia eléctrica a la temperatura de -269ºC. Pero la base para la aplicación real tuvo lugar en 1987 gracias a Johannes Georg Bednorz y Karl Alex Müller. Se dieron cuenta de que algunos materiales cerámicos se vuelven superconductores ya a -238ºC y fueron premiados con el Nobel por este hallazgo. Ahora mismo, esto ya se puede realizar a -163ºC.
 
El momento importante fue el momento en que los costes adquirieron un tinte de viabilidad comercial. Los superconductores de primera generación consisten en polvo cerámico que se introduce en tubos de plata y se transforman en hilos ultrafinos.  Para la segunda generación, se han utilizado otros materiales, porque la plata es demasiado cara para este tipo de aplicación.
 
Reducción de peso de las góndolas a la mitad
 
En la producción de superconductores de alta temperatura, se utiliza itrio, bario, cobre y oxígeno para reducir la proporción de la plata.  Según Jason Fredette, Director de Investor & Media Relations,  parece ser que esta tecnología tendrá un gran potencial en el campo de las energías renovables. "Creemos que la tecnología de los superconductores será una clave para la viabilidad de los aerogeneradores de más de 5 MW de potencia.
 
AMSC está desarrollando un generador junto con el grupo taiwanés TECO Westinghouse. Según fuentes de la empresa, el peso de la góndola se reduce a la mitad, aunque no quieren dar a conocer el coste de la aplicación de esta tecnología. Pero aseguran que pueden competir con las máquinas convencionales, y apuntan hacia las ventajas de la reducción de peso, el aumento de eficiencia y la seguridad. AMSC quiere entrar en el mercado en tres ó cuatro años. "Nuestro objetivo es tener los aerogeneradores con superconductores cuando el mercado de la eólica marina despegue, lo que se espera que ocurra entre 2014 y 2015".

AMSC instala el equipo de refrigeración en la base del aerogenerador. Desde alí, se transporta el helio por tuberías hasta las bobinas aisladas que contienen los superconductores.  Los sistemas de refrigeración alcanzan temperaturas de entre -243ºC y -228ºC. "El nuevo motor será tan pequeño que podremos colocarlo directamente en la parte superior del molino en lugar de ponerlo en la parte delantera o trasera. "Gracias a la tecnología HTS -asegura el vicepresidente de AMSC, Martin Fischer- el futuro de la energía eólica está mucho más abierta de lo que podríamos imaginar". Y no lo atribuye sólo al peso. "Dado que el sistema no necesitará caja de cambios, el coste de cada aerogenerador será menor. Además, se requerirá de un mantenimiento mucho más reducido, lo que es muy importante en un sector como la energía eólica marina", apunta.
 
Más energía, menos costes
 
La empresa alemana Zenergy Power está convencida de que el HTS ha creado un punto de inflexión en la tecnología eléctrica. Junto con varios colaboradores, la empresa está desarrollando soluciones que están listas para la producción industrial. En cooperación con Converteam UK Ltd., se creará un aerogenerador prototipo de 10 MW este año. Aquí también se utiliza el helio como agente refrigerante. En el desarrollo de una segunda generación de cables, Zenergy está usando níquel. Según Zenergy, el peso y el tamaño pueden verse reducidos hasta en un 80% en comparación con los generadores síncronos convencionales, y entre un 40 y un 50% en comparación con los generadores de imán permanente. También ven ventajas que van más allá del peso  "uno tiene que considerar toda la cadena de creación de valor y los costes incluídos. Para los aerogeneradores eólicos, esto comienza con el peso, pero también afecta al transporte, a la construcción y al rendimiento", explica.
 
La industria debe hacer un gran esfuerzo
 
El gobierno danés está aportando financiación para una investigación sobre eólica denominada "Superwind", y para la construcción de un primer prototipo. "Tenemos dos objetivos. El primero es construir un generador a escala de laboratorio y probar una variedad de bobinas superconductoras. El segundo paso es el desarrollo de conductores baratos que sean susceptibles de ser utilizados para la producción industrial", explica Asger Abrahamsen, científico  implicado en el proyecto.  El primer prototipo real tendrá 18 m de altura y una capacidad de 10 kW. Se llamará "Aerogenerador Gaia". Para este prototipo, la DTU, el Instituto danés para la Energía Renovable, quiere probar dos superconductores diferentes, y utilizar nitrógeno líquido para la refrigeración. "Hasta ahora, la DTU no ha tenido mucha experiencia con la superconducción. Por este motivo, primero quieren construir prototipos con capacidades de 10 kW, 100 KW, y  de un MW para ganar en experiencia. Y luego, afrontaremos la máquina de 10 MW.", asegura Abarhmsen.
 
Un aerogenerador de 10 kW necesita de 7,5 km de cable, lo que significa 1.500 km de cable para uno de 10 MW. La industria deberá realizar un gran esfuerzo para construir estos gigantes, que sí serán molinos...
 
Fuente: Solar and Wind Energy, enero 2010