Cómo hacer que los parques eólicos flotantes sean el futuro de la electricidad verde

Cómo hacer que los parques eólicos flotantes sean el futuro de la electricidad verde
Vismar Reino Unido / Shutterstock

Desde 2010, la energía eólica ha experimentado un crecimiento sostenido en todo el mundo, y la cantidad de energía generada por la energía eólica marina aumenta en casi 30% cada año. Los países de todo el mundo necesitan aumentar rápidamente el suministro de energía renovable para satisfacer la creciente demanda y reducir rápidamente las emisiones. A pesar de esta urgencia, la energía eólica marina actualmente proporciona menos del 1% del suministro mundial de electricidad.

Se están desarrollando muchos de los principales lugares de aguas someras para construir parques eólicos. Pero el potencial de la energía eólica marina aún permanece en gran medida sin explotar, según el gráfico de la capacidad instalada mundial a continuación.

Capacidad eólica en tierra vs costa afuera

Capacidad eólica en tierra versus en alta mar (cómo hacer que los parques eólicos flotantes sean el futuro de la electricidad verde)Clave: viento en alta mar = gris claro y viento en tierra = gris oscuro. IRENA, autor proporcionado

La razón de este potencial sin explotar es que 80% del viento sopla ininterrumpidamente más allá de la costa: en aguas de más de 60 metros de profundidad, donde las turbinas incrustadas en el fondo del mar son difíciles de construir.

La solución podría ser parques eólicos marinos flotantes. Entonces, ¿qué los está frenando?

Viento flotante en alta mar

Todas las barras de un puñado de turbinas eólicas marinas existentes están unidas al fondo marino por una base fija, en su mayoría una gran pila tubular de acero que pasa al mástil de la turbina sobre el fondo marino. Estas llamadas turbinas de fondo fijo están limitadas a profundidades de agua de 50 o 60 metros.

Pero proyectos recientes, incluidos Hywind frente a la costa de Escocia y Windfloat frente a Portugal, demuestre que es posible construir aerogeneradores flotantes. Una sola turbina de seis megavatios, como las que se usan en la granja Hywind, puede generar suficiente electricidad para abastecer 4,000 hogares en el Reino Unido.


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Pero para proporcionar electricidad doméstica equivalente a una población global de 9 mil millones por 2050 requeriría algo así como medio millón de turbinas eólicas marinas, un aumento de 100 veces en el número actual, más la capacidad adicional para proporcionar electricidad para la demanda de energía futura.

Desafortunadamente, si bien los parques eólicos flotantes son técnicamente factibles, no son económicamente viables. Hacer cualquier cosa en alta mar es costoso. Para construir un parque eólico de fondo fijo de un gigavatio, el costo de completar el estudio del sitio necesario es de alrededor de £ 15 millones. La instalación y puesta en marcha de la granja sería de aproximadamente £ 650 millones, mientras que los costos actuales de operación y mantenimiento serían de aproximadamente £ 75 millones por año. Al final de su vida útil, que puede ser de unos 25 años, hay otros £ 300 millones necesarios para el desmantelamiento.

Sin embargo, los parques eólicos flotantes, que aún se encuentran en los primeros días de su diseño y tecnología, son aún más caros. Mientras que el precio por la entrega de energía eólica marina en 2019 oscilaba entre £ 36 y £ 45 por MWh de electricidad, las subastas actuales de energía eólica flotante tienen un precio más del doble de esa cantidad.

Las estructuras offshore también son muy grandes. Las turbinas Hywind de seis megavatios tienen 154 metros de diámetro: cada pala tiene la misma longitud que la envergadura de un avión A380. La turbina Siemens Gamesa de 10 megavatios tiene un diámetro de rotor de 193 metros, mientras que la turbina de referencia de 15 megavatios del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. Tiene un diámetro de 240 metros. La construcción, instalación, operación, monitoreo, mantenimiento y desmantelamiento de infraestructura de esta escala, en el océano, no es una tarea trivial.

Dos de las cinco turbinas utilizadas en el primer parque eólico flotante del mundo, Hywind Scotland.Dos de las cinco turbinas utilizadas en el primer parque eólico flotante del mundo, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock

Mientras que las compañías de energía a menudo construyen lejos en el mar, una sola turbina eólica flotante produce mucha menos energía que una sola plataforma de petróleo o gas en alta mar. Durante su vida útil, dependiendo del tamaño de ambas estructuras, podría estar en el rango de 1,000 veces menos. Por lo tanto, se necesita mucha más infraestructura para el mismo rendimiento energético de las energías renovables. Poner una turbina eólica marina en alta mar y mantenerla allí debe ser mucho más barata para igualar el costo de la producción de energía a partir de petróleo o gas en alta mar.

Se puede aprender mucho de la ingeniería tradicional en alta mar para ayudar con la transición a las energías renovables. Pero las reducciones de costos necesarias no se pueden lograr haciendo más de lo mismo o agudizando la eficiencia de los métodos y tecnologías existentes.

Soluciones tecnológicas

Es por eso que probablemente se necesitarán nuevas tecnologías para que los parques eólicos flotantes sean rentables. Por ejemplo, el uso de robots y otra tecnología autónoma para controlar las actividades de ingeniería en alta mar, desde investigar el fondo marino hasta operar, inspeccionar y mantener una turbina eólica flotante, podría reducir el riesgo para los trabajadores y brindar un control más eficiente de estos sistemas complejos.

Las inspecciones de rutina de los parques eólicos marinos por parte de las personas no serían prácticas en los vastos desarrollos que se están construyendo hoy, y ciertamente para aquellos planeados en el futuro. Los sensores inteligentes integrados en todas las partes de un parque eólico flotante pueden evaluar continuamente cómo le está yendo a la estructura.

Aprendizaje automático , Que usa datos para enseñar a las computadoras a tomar decisiones por su cuenta, podría usarse para decirnos el ancla más eficiente durante el diseño, o si una línea de amarre podría estar en riesgo de falla durante la operación.

El aprendizaje automático ya puede usar datos meteorológicos para controlar las posiciones de las palas de la turbina, para maximizar la cantidad de energía que generan o prevenir daños en vientos fuertes o tormentas. Nuevos métodos La combinación de la física con el aprendizaje automático puede hacer predicciones confiables con menos datos, lo cual es útil en alta mar donde los datos pueden ser difíciles de recopilar.

A medida que el gobierno del Reino Unido comienza un investigación En el tipo de innovaciones tecnológicas que podrían abordar el cambio climático, la energía eólica marina es el primer puerto de escala. Con la inversión en la tecnología del futuro, los parques eólicos flotantes podrían ayudar a sobrecargar la capacidad de energía renovable del país y del mundo.La conversación

Susan Gourvenec, Cátedra Real Academia de Ingeniería en Tecnologías Emergentes - Ingeniería Oceánica Inteligente y Resistente, Universidad de Southampton

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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