s las empresas de energía eólica se aventuran en aguas cada vez más profundas, la turbina tradicional de estilo molino de viento puede no ser la solución más adecuada. Es hora de buscar alternativas.
Las turbinas de viento tradicionalmente tenían cuchillas que giran alrededor de un eje horizontal, y esto ha seguido siendo habitual en los parques eólicos modernos. aerogeneradores de eje horizontal convencionales (HAWTs) llegaron a dominar el mercado de la energía eólica, tanto en tierra como en aguas poco profundas en alta mar.
Pero los mejores sitios de parques eólicos a menudo se encuentran en aguas más profundas, lejos de obstrucciones de viento, rutas de navegación, nimbys y aves migratorias. Es posible que las estructuras de soporte fijas rígidamente al lecho marino no sean económicamente viables en profundidades superiores a 50m, por lo que los ingenieros están recurriendo a cimientos flotantes.
Estas son condiciones muy diferentes para generar electricidad a partir del viento, lo que ha significado un renovado interés en configuraciones alternativas de aerogeneradores. Como informamos en Transacciones filosóficas de la Royal Society la adopción de un eje de rotación vertical es una de esas alternativas. Estas turbinas, que siempre se enfrentan al viento, se conocen como turbinas eólicas de eje vertical (VAWT).
Estructuras estables
turbinas de eje horizontal tradicionales son muy top-pesado, con las cuchillas y el equipo que genera potencia necesariamente fijado a la parte superior de la torre. En una gran turbina en alta mar esta parte puede llegar a pesar varios cientos de toneladas y estar alrededor 100m sobre el nivel del mar.
En una turbina de eje vertical, los sistemas de generación pueden estar a una altura mucho más baja, incluso justo en la base de la torre. Esto significa que las VAWT tienden a tener un centro de gravedad mucho más bajo.
En soportes flotantes, esta ventaja se magnifica: solo piense en lo estable que es cuando se sienta en una canoa en lugar de pararse sobre ella.
Bajar los generadores también los hace mucho más accesibles y más fáciles de mantener o reemplazar. Por ejemplo, con un VAWT, los trabajadores solo necesitan escalar una distancia corta para acceder a la maquinaria en lugar de escalar una torre 100m que se mueve constantemente.
El tamaño importa
En general, las grandes turbinas eólicas producen electricidad más barata. Esto ha llevado a las turbinas haciendo cada vez más grandes y potentes, especialmente en alta mar, donde las cuchillas 50m ahora son de rutina y algunos son incluso mucho más grande.
Pero esos gigantes que giran en el horizonte pueden llegar pronto a su límite. Si se considera el eje de la cuchilla, cuando esta cuchilla esté horizontal, la fuerza de gravedad será perpendicular a ella, mientras que cuando la cuchilla esté vertical (hacia arriba) la fuerza de gravedad será paralela al eje y apuntando hacia la raíz de la cuchilla. Finalmente, cuando la hoja esté vertical otra vez (hacia abajo), la fuerza de la gravedad será paralela al eje de la hoja, pero ahora apuntando hacia la punta. Algunos estudios reivindicación esta carga gravitacional oscilante limita el tamaño de las turbinas de eje horizontal.
Las turbinas de eje vertical resuelven este problema porque a medida que giran experimentan una fuerza gravitacional constante, siempre en la misma dirección. Sin el estrés de sostener las cuchillas metálicas 80m por un extremo, las VAWT pueden llegar a ser mucho más grandes.
Investigación Las turbinas verticales ha mostrado también pueden colocarse más cerca el uno al otro en un parque eólico. Así que para un área dada, más VAWTs se pueden instalar, y más electricidad generadas que si se utilizaran HAWTs, reduciendo así el costo de la electricidad.
La revolución del eje
Entonces, ahora surge la pregunta obvia: ¿por qué las VAWT aún no se han usado si son tan ventajosas? La razón principal es que todavía es una tecnología nueva. Aunque los investigadores han observado los ejes verticales durante décadas, la tecnología se retrasó debido principalmente a las limitaciones del material y del sistema de cojinetes. Los inversores aún consideran que la tecnología conocida es una apuesta segura e, incluso al observar el viento en alta mar, se han inclinado más por soportar turbinas de eje horizontal en plataformas flotantes.
Sin embargo tanto los gobiernos como las empresas con visión de futuro están invirtiendo en el potencial de VAWTs de aguas profundas eólica marina. los proyecto Nova, financiado por el gobierno del Reino Unido, demostró que el eje vertical fuera de la costa era comercialmente viable. Sandia National Laboratories, respaldado por el departamento de energía de los EE. UU. y diversos Respaldado por la UE proyecta también han apoyado la tecnología.
Las empresas industriales como la británica VertAx Wind o la noruega Gwind también están siguiendo el desarrollo de diferentes conceptos. La compañía francesa Nenuphar está impulsando su diseño VAWT, con planes (en la parte superior de este artículo) para instalar el primer parque eólico flotante frente a la costa de Marsella.
Con la creciente demanda de energía, estamos obligados a explorar todas las soluciones posibles. Las turbinas eólicas de eje vertical situadas en las profundidades del mar tienen un fuerte potencial para ser una de estas soluciones.
Este artículo se publicó originalmente el La conversación
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Acerca de los Autores
Maurizio Collu es un Profesor, Centro de Energía Renovable Marino de la Universidad de Cranfield. Dr. Collu es el director del curso de la Avanzado en Ingeniería Mecánica y profesor de Mecánica de Fluidos de carga y, Ceng, Mrina y MEI. Él está particularmente involucrado en el diseño conceptual y preliminar de las estructuras de apoyo mar adentro de la industria de turbinas eólicas flotantes emergente.
Michael Borg está llevando a cabo la investigación post-doctoral en el Departamento de Energía Eólica en la Universidad Técnica de Dinamarca, en flotante conceptos de turbinas eólicas de eje vertical con el apoyo de los DeepWind financiados por la UE y los proyectos de flujo de entrada.
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