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May 06, 2024

El desafiante futuro de los parques eólicos flotantes

Ilustración de un parque eólico marino flotante cortesía de Damen por John Konrad (gCaptain) Lejos de la costa, en la extensión ilimitada del océano, donde el viento dirige el ballet rítmico de las olas y

Ilustración de un parque eólico marino flotante cortesía de Damen

por John Konrad (gCaptain) Lejos de la costa, en la extensión ilimitada del océano, donde el viento dirige el ballet rítmico de las olas y el horizonte se extiende hasta el infinito, se está concibiendo un nuevo linaje de titanes. Estos no son los leviatanes míticos de los antiguos cuentos de marineros, sino los pioneros de un futuro sostenible: las turbinas eólicas flotantes. Los ingenieros imaginan que se trata de estructuras imponentes, que se elevan a cientos de metros de altura, encaramadas sobre colosales plataformas flotantes, ancladas en el profundo abismo del mar, en fondos marinos a miles de pies de profundidad. Diseñados para soportar las condiciones marinas más duras, estos flotadores prometen ofrecer energía inquebrantable y sin emisiones. Sin embargo, la construcción de tal estabilidad presenta desafíos importantes, incluida la movilización de una gran cantidad de mano de obra, la adquisición de materiales sustanciales y el despliegue de una inmensa cantidad de acero. Esto requerirá una escala de ambición mayor que las propias torres.

Hoy en día, la gran mayoría de las turbinas eólicas marinas se construyen sobre cimientos que descansan firmemente sobre el fondo marino. Estas turbinas fijas en el fondo se elevan como centinelas en el océano, aprovechando la potencia del viento. Este enfoque se ha visto favorecido debido a su estabilidad y la relativa facilidad de instalación en aguas de poca a media profundidad, y a distancias relativamente cortas de las líneas de transmisión hasta la costa. Sin embargo, a medida que nos alejamos de la costa, hacia aguas más profundas donde los vientos son más fuertes y más constantes, las limitaciones de las turbinas fijas en el fondo se hacen evidentes. El costo y la complejidad de instalar cimientos fijos aumentan significativamente con la profundidad del agua, lo que los hace menos factibles para ubicaciones en aguas profundas. Aquí es donde entran en juego los parques eólicos flotantes.

Los flotadores pueden ubicarse en áreas de alto potencial eólico, a miles de pies de agua (a modo de comparación, Perdido es la plataforma petrolera flotante más profunda del mundo y es capaz de anclarse a 8000 pies de agua), reduciendo el impacto visual. y posibles conflictos con otros usos marinos. Los expertos creen que estos leviatanes flotantes del mar representan el futuro de la energía eólica marina y prometen una nueva era de generación de energía sostenible que puede aprovechar los vastos recursos eólicos de los océanos profundos.

Los proyectos piloto Hywind Scotland y Kincardine, pioneros en esta nueva frontera, dirigen cada uno un ejército de cinco flotadores. ¿Su poder combinado? Unos impresionantes 80 MW. Pero este es simplemente el capítulo introductorio. Imagine un parque eólico marino flotante de 1 GW, energizado por las turbinas de 15 MW más grandes disponibles comercialmente. Para realizar tal empresa, necesitaríamos una armada de no menos de 67 de estos gigantescos cimientos, o un número menor de enormes flotadores tendrían que soportar turbinas mucho más grandes.

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La industria está atrapada en una carrera contra el tiempo, innovando y experimentando con varios diseños de flotadores. Algunos optan por el hormigón en lugar del acero, como lo demuestra el proyecto Hywind Tampen. Sin embargo, el futuro parece favorecer al acero, y se espera que la mayoría de los parques eólicos marinos flotantes de los próximos años estén basados ​​en acero. Se estima que el requisito de acero para cada flotador es el doble que el de las cimentaciones monopilares para parques eólicos fijos en el fondo. Esto implica que gestionar el gasto de capital de un proyecto eólico flotante requerirá capacidades de fabricación grandes y rentables, probablemente situadas lejos de los sitios de instalación en Europa o Estados Unidos.

¿A qué se debe esta insaciable demanda de acero? La respuesta está en el ámbito de la física.

Imagínese estas turbinas como gigantes altísimos, con sus cabezas perforando el cielo y sus cuerpos hundiéndose en las profundidades del mar. Se mantienen erguidos, como un brazo de palanca, y el viento ejerce su fuerza en lo alto del eje de la turbina. Este escenario recuerda a un niño en un balancín, empujando hacia abajo un extremo con todas sus fuerzas. La turbina, al igual que el balancín, experimenta un par, una fuerza de rotación que amenaza con derribarla.

Debajo de la superficie, el flotador sirve de contrapeso, similar a la quilla de plomo de un velero. Proporciona un centro de gravedad bajo, lo que ayuda a mantener la estructura en posición vertical. Pero esto es sólo una parte de la solución. El viento, implacable y potente, empuja la turbina amenazando con desplazarla de su ubicación.

Aquí entran en juego las anclas o patas tensoras, conectadas mediante gruesos cables, que sirven como raíces de estos gigantes marinos. Excavan profundamente en el lecho marino, manteniendo la turbina en su lugar, como las raíces de un árbol que se agarran a la tierra para resistir una tormenta. Estos anclajes o patas tensoras contrarrestan la fuerza del viento evitando que la turbina sea empujada fuera de su ubicación.

Considere una cometa volando alto en el cielo. La cuerda de la cometa, sostenida firmemente por el volador, actúa como pata tensora. Evita que la cometa sea arrastrada por el viento. Del mismo modo, los anclajes o patas tensoras de la turbina eólica flotante la mantienen estable contra la fuerza del viento.

Sin embargo, el desafío dista mucho de ser sencillo. Las fuerzas en juego son inmensas y el equilibrio delicado. Demasiada tensión y la estructura corre el riesgo de dañarse. Demasiado poco, la turbina podría salirse de su lugar. Es una danza con los elementos, un delicado vals entre las fuerzas de la naturaleza y los principios de la física. Un vals interpretado no por bailarinas sino por levantadores de pesas olímpicos.

El desafío del transporte de larga distancia y en aguas profundas es crítico. Las empresas del sector eólico marino se enfrentan a la cuestión de cómo transportar cientos de cimientos o subpiezas de forma oportuna y eficiente. La flota de buques adecuados es limitada y estos buques ya se utilizan en otros mercados competidores. Para limitar la necesidad de embarcaciones de transporte muy grandes y costosas, varias empresas ofrecen diseños de flotadores que pueden transportarse en piezas y ensamblarse en un sitio cercano a la instalación.

El futuro de los diseños de flotadores estará fuertemente influenciado por cuestiones de fabricación y transporte. Es posible que veamos nuevos buques dedicados al transporte de flotadores o componentes de flotadores, similar a la reciente aparición de cargueros dedicados al transporte de componentes de turbinas eólicas.

La construcción de la armada de buques de apoyo necesarios para los flotadores también requerirá grandes astilleros y mucho acero.

La operación de los puertos es otro aspecto crucial. Las turbinas eólicas fijas en el fondo se ensamblan sobre cimientos preinstalados mediante buques de instalación de turbinas eólicas (WTIV). Para los parques eólicos flotantes, las turbinas se instalan en sus flotadores mediante enormes grúas flotantes en áreas protegidas cerca de la costa y luego se remolcan mar adentro. Esto requiere grandes áreas de almacenamiento en tierra y mar adentro, remolcadores, barcazas y activos de movimiento y elevación relevantes.

Los promotores de parques eólicos flotantes deberán competir por el acceso a los puertos. Necesitarán asegurar grandes áreas de almacenamiento para componentes de turbinas eólicas y flotadores, y grandes áreas de almacenamiento en alta mar para flotadores en espera de que se instalen las turbinas. También necesitarán asegurar remolcadores, barcazas y activos de transporte y elevación relevantes.

Esta infraestructura requiere no sólo terreno sino también enormes cantidades de hormigón, maquinaria y acero.

La industria todavía está lidiando con los desafíos de las operaciones portuarias. Algunas empresas están investigando el concepto de “puertos flotantes” temporales que podrían movilizarse en aguas poco profundas más cercanas al sitio del parque eólico. Estos podrían reubicarse y reutilizarse para proyectos futuros, pero también requerirán enormes cantidades de acero y materiales para su construcción.

El mar, en toda su majestuosa grandeza, es un reino de fuerzas implacables. Es un mundo donde el agua salada roe el metal, donde los vientos aúllan con ferocidad inquebrantable y donde las olas rompen con el poder de mil martillos. En este entorno hostil e implacable, nuestras turbinas eólicas flotantes serían centinelas desafiantes y su supervivencia sería un testimonio del ingenio humano. Sin embargo, su existencia será una batalla constante contra los elementos.

La longevidad y confiabilidad de estas estructuras son primordiales, pero lograrlo no es poca cosa. El agua salada corrosiva, los fuertes vientos y las implacables olas conspiran para desgastar las turbinas y sus componentes. El mantenimiento regular es el escudo contra este ataque, un ritual necesario para garantizar su funcionamiento continuo.

Sin embargo, la tarea de mantenimiento es una danza compleja con los elementos. Las turbinas se encuentran en lugares remotos, lejos de las cómodas costas, lo que dificulta el acceso a ellas. La logística de esta tarea es similar a los desafíos que enfrenta la industria del petróleo y el gas en sus proyectos de construcción en aguas profundas. Los costos, tanto financieros como logísticos, son sustanciales, pero son el precio que pagamos por aprovechar el poder del viento en la vasta extensión del mar.

El otro escudo es la ingeniería de durabilidad en el diseño, esto es efectivo pero requiere el uso de metales costosos y componentes de alta gama.

El mar abierto, con sus constantes y potentes vientos, es el escenario preparado para el funcionamiento de nuestros aerogeneradores flotantes. Sin embargo, esta etapa no está exenta de peligros. El mar puede transformarse de una extensión tranquila a una tempestad furiosa en un abrir y cerrar de ojos. Las tormentas y los huracanes, los titanes del tiempo, suponen un riesgo importante para la integridad de las turbinas.

Diseñar estructuras que puedan soportar estas condiciones extremas es similar a construir una fortaleza que pueda resistir un asedio. Es una tarea formidable, que requiere una comprensión profunda de las fuerzas en juego y la resiliencia para enfrentarlas.

La industria costa afuera ha enfrentado desafíos similares, con huracanes causando daños importantes a las plataformas de petróleo y gas. El costo del seguro y el tiempo de inactividad requerido para las reparaciones pueden ser sustanciales. Un flotador dañado por una tormenta no es sólo la pérdida de un bien valioso, sino también una pausa en la sinfonía de la producción de energía.

Sin embargo, estos desafíos no son insuperables. Con un diseño cuidadoso, una construcción robusta y un mantenimiento diligente, nuestras turbinas eólicas flotantes pueden resistir tormentas, pero las reparaciones realizadas en estructuras dañadas requerirán materiales adicionales además de los necesarios para construir flotadores eólicos.

En la gran sinfonía de la energía sostenible, las turbinas eólicas flotantes tocan una poderosa melodía. Sin embargo, al menos en las conversaciones sobre la industria marítima, tendemos a olvidar que esta melodía debe llegar desde el corazón del océano hasta los hogares y las industrias en tierra. Aquí es donde entra en juego el desafío de la integración en la red.

Imagine la energía producida por las turbinas como un río caudaloso. Este río debe fluir desde las turbinas hasta la red eléctrica. Para transportar este río de energía, necesitamos cables submarinos, las arterias de nuestro sistema energético. Estos cables deben ser robustos y eficientes, capaces de transmitir grandes cantidades de electricidad a largas distancias.

La tarea es similar a construir un puente. El puente debe ser lo suficientemente fuerte para soportar el peso del tráfico, pero al mismo tiempo lo suficientemente flexible para soportar las fuerzas de la naturaleza. Los materiales utilizados en la construcción de este puente son cruciales. El hormigón forma la base y proporciona la estabilidad necesaria para resistir las fuerzas en juego. El cobre, con su excelente conductividad, forma el núcleo de los cables y transporta la electricidad desde las turbinas a la red. El acero proporciona resistencia y durabilidad, protegiendo los cables del duro entorno marino.

Sin embargo, el desafío no termina aquí. El viento, en todo su poder y gloria, es una fuente intermitente de energía. Fluye y refluye, sube y baja, como las olas del mar. Para garantizar un suministro constante de energía, necesitamos soluciones eficaces de almacenamiento de energía.

El almacenamiento de energía es como un depósito. Recoge el exceso de energía producida durante los períodos de mucho viento y la almacena para su uso durante los períodos de poco viento. El diseño y la construcción de estas soluciones de almacenamiento requieren una variedad de materiales, incluidos algunos metales más raros. Estos materiales no son tan abundantes como el hormigón, el cobre o el acero, pero son cruciales para el almacenamiento eficiente de energía.

El enigma del almacenamiento de energía también cobra gran importancia. ¿Deberían las baterías alojarse en tierra firme, disfrutando de la estabilidad y accesibilidad del terreno? Esta opción, aunque ventajosa en muchos aspectos, requeriría la instalación de extensos cables de transmisión submarinos, una tarea importante. Alternativamente, ¿debería almacenarse la energía en el mar, reduciendo la necesidad de dicha infraestructura submarina pero presentando su propio conjunto de desafíos? Los peligros asociados con el almacenamiento en baterías, en particular los riesgos de incendio y explosión, ya son un tema complejo para las empresas de energía terrestre. Estas preocupaciones se amplifican cuando se proyectan en el vasto y remoto lienzo del mar, lejos del alcance de los camiones de bomberos y camiones HAZMAT. La cuestión de dónde almacenar la energía recolectada por estos titanes flotantes es un enigma que aún está por resolver.

En términos generales, la cantidad de estos materiales necesarios es sustancial. Sin embargo, es una inversión necesaria, un precio que pagamos por la promesa de un futuro sostenible. Con cada tonelada de hormigón vertido, cada metro de cable de cobre y acero tendido y cada unidad de energía almacenada, nos acercamos un paso más a nuestro objetivo de energía flotante sostenible.

Al frente de esta melodía, el comienzo de cada vatio de energía producido es la danza implacable de las palas. Estas palas, que surcan el aire y aprovechan la potencia del viento, son el corazón de la turbina. Sin embargo, ellos también tienen su propia historia que contar, una historia de creación, de servicio y de jubilación.

La vida de una pala de aerogenerador comienza en una fábrica. En este caso, están elaborados a partir de un cóctel de materiales, principalmente fibra de vidrio reforzada con balsa o espuma. El proceso es meticuloso y requiere precisión y cuidado. Las palas deben ser fuertes para resistir las implacables fuerzas del viento, pero al mismo tiempo ligeras para girar con facilidad. Los recursos necesarios para su creación son sustanciales, un testimonio de la complejidad de su diseño y la importancia de su función.

Una vez creadas, estas palas emprenden un viaje hacia las turbinas a las que están destinadas. La logística de este viaje es un desafío en sí misma. Las palas, que suelen tener más de 50 metros de largo, requieren un transporte especial y un manejo cuidadoso. Atraviesan carreteras, mares y, a veces, incluso los cielos para llegar a sus nuevos hogares en las turbinas.

En servicio, estas palas bailan con el viento, girando incansablemente, día y noche. Sin embargo, este baile pasa factura. Con el tiempo, las palas se desgastan. El viento implacable, el fuerte sol y el corrosivo aire del mar conspiran para degradar las palas. Normalmente, después de unos 20 años, es necesario reemplazar las cuchillas.

La tarea de reemplazar estas palas es un delicado ballet de precisión y habilidad. Se necesitan grandes grúas y técnicos cualificados para retirar las palas viejas e instalar las nuevas, un problema que se complica aún más cuando el generador se encuentra en alta mar. Las antiguas palas, que alguna vez fueron el corazón de la turbina, son ahora un desafío en sí mismas.

Una ventaja de los flotadores es que podrían desconectarse del fondo marino y remolcarse a un astillero de reparación donde cada componente podría ser inspeccionado y reacondicionado. Esto podría ocurrir, pero los desafíos de desconectar y mover un flotador gigante, y el tiempo de inactividad requerido mientras se revisa la plataforma, significan que el reemplazo de palas y turbinas podría ocurrir en alta mar.

Luego está el problema del desperdicio. Reciclar estas palas no es fácil. Las mismas propiedades que los hacen tan eficaces (su resistencia y durabilidad) también hacen que sean difíciles de descomponer. Actualmente, la mayoría de las palas de las turbinas eólicas terminan en vertederos, muy lejos de la visión sostenible que alguna vez representaron.

El impacto medioambiental de la eliminación de estas palas es una preocupación creciente. El gran tamaño de las aspas significa que ocupan una cantidad significativa de espacio. Además, a medida que más turbinas lleguen al final de su vida útil, aumentará el número de palas que deberán eliminarse.

Sin embargo, frente a estos desafíos, la industria está innovando. Se están explorando nuevos métodos de reciclaje, con el objetivo de reutilizar las palas para convertirlas en nuevos productos. Algunas empresas están investigando formas de utilizar palas viejas para crear de todo, desde puentes hasta piezas de automóviles. Con innovación y determinación, la industria continúa buscando nuevas formas de garantizar que la danza de las palas sea tan sostenible como la energía que producen.

Mientras nos encontramos al borde de una nueva era de energía sostenible, las turbinas eólicas flotantes no son sólo un testimonio del ingenio humano y de nuestra capacidad para aprovechar los principios de la física. Para algunos, también son un faro de esperanza, un símbolo de nuestro compromiso con un futuro sostenible. Sin embargo, este futuro no está exento de desafíos.

El mar, en toda su majestuosa grandeza, es un reino de fuerzas implacables. Es un reino donde el agua salada roe el metal, donde los vientos aúllan con ferocidad inquebrantable y donde las olas rompen con el poder de mil martillos. En este entorno hostil e implacable, las turbinas eólicas flotantes actuarán como centinelas desafiantes y su supervivencia será un testimonio del ingenio humano. Sin embargo, su existencia es una batalla constante contra los elementos.

La logística para construir estos titanes, transportarlos a sus ubicaciones y mantenerlos frente al mar implacable es inmensa. Los materiales necesarios (hormigón para los cimientos, cobre y acero para los cables y una variedad de metales más raros para el almacenamiento de energía) son sustanciales. Estas son las inversiones necesarias que debemos hacer, los precios que debemos pagar, para la promesa de un futuro sostenible, pero sería una tontería comenzar sin una evaluación honesta del costo desde la cuna hasta la tumba. También debemos considerar los costos de oportunidad y la viabilidad de alternativas como las centrales nucleares flotantes.

Los aerogeneradores flotantes, en toda su grandeza, son un símbolo de nuestro compromiso con este futuro. Prometen mantenerse firmes frente a las implacables fuerzas de la naturaleza, aprovechar el poder del viento y liderar el camino hacia un futuro más limpio y verde. Los desafíos son muchos y el viaje está lleno de dificultades, pero muchos creen que el destino vale cada esfuerzo. Porque en el corazón del océano, donde los vientos agitan las olas y el mar se extiende hasta el horizonte, está tomando forma una nueva generación de gigantes, centinelas energéticos costosos y complicados que prometen un futuro impulsado por el viento, por el mar, por las implacables fuerzas de la naturaleza.

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