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TECNOLOGÍA. Aerogeneradores flotantes

Diseño plataforma de Hexicon para parques eólicos en aguas costeras profundas. 
Los costes de los parques eólicos marinos aumentan en proporción a la profundidad a la que deben anclarse sus cimientos, especialmente una vez que se ha excedido una profundidad de 50 metros. Por lo tanto, para explotar las regiones marítimas con aguas profundas, los planificadores pretenden utilizar turbinas eólicas flotantes que se mantienen en su lugar con cables de acero, cadenas y anclajes en el fondo marino. Hay áreas profundas frente a las costas españolas, portuguesas y francesas donde es probable que sean factibles las instalaciones eólicas marinas flotantes.


En un planeta donde los recursos cada vez son más escasos, buscar nuevas formas de energía renovables se está convirtiendo en primordial para dar servicio a la demanda requerida.  Aunque alrededor de 176 países tiene ahora una política de energía limpia, el mundo todavía depende en gran medida del petróleo, el gas y el carbón. Estos combustibles fósiles tendrán un impacto grave, generalizado e irreversible para personas y ecosistemas, en caso de no hacer algo para cambiarlo.

Una de las energías renovables del futuro se consigue a través del viento. La mejor forma de aprovechar esta fuerza de la naturaleza y producir una energía limpia son los aerogeneradores. El océano, que cubre el 70% de la  superficie del planeta y la fuerza del viento, sobretodo en zonas de aguas profundas, es la clave para la obtención de unos recursos potencialmente inagotables. La energía eólica marina se ha identificado como una de las opciones tecnológicas líderes. En la actualidad están instalados parques eólicos con bases cimentadas en aguas poco profundas (<40m) y cerca de la costa (<30km), que son capaces de generar 5GW de potencia. Pero los lugares poco profundos se están agotando y hay  que desarrollar proyectos más lejos de la costa con profundidades que oscilan de 100 a 1000m.

Parque eólico marino con torres cimentadas sobre un fondo marino poco profundo a escasa distancia de la costa. Siemens recibió en 2016 un pedido para suministrar, instalar y poner en marcha 84 aerogeneradores con una capacidad de 7 MW cada uno para el parque eólico marino escocés Beatrice. Además de las turbinas, la compañía suministrará las subestaciones de transformación eléctrica en tierra y mar adentro para el proyecto (Fuente: Siemens AG).

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Los aerogeneradores flotantes son molinos de viento gigantes que llegan a medir 250m de altura y 1000 Toneladas de peso. Son generadores eléctricos que, a través de las fuerzas del viento, mueven las hélices de 40 a 80 m de envergadura, y  convierten la energía cinética en energía mecánica. Un sistema de trasmisión hace girar el rotor  que convierte este movimiento, en energía eléctrica a través de un alternador. La energía generada es conducida por el interior de la torre hasta la base y, desde allí, por línea subterránea hasta la subestación, donde se eleva su tensión para inyectarla a la red eléctrica y distribuirla a los puntos de consumo. Cada aerogenerador puede alcanzar una potencia nominal de 5-6MW. Las palas se orientan automáticamente para aprovechar al máximo la energía cinética. Se ponen a funcionar con velocidades del viento de unos 10 km/h, proporcionando la máxima potencia a los 40 km/h. Si los vientos superan los 90km/h  las palas se colocan de perfil frenando sus hélices.

Maquinaria de montaje de una turbina eólica marina. Fuente: Siemens AG

PLATAFORMAS DE SUSTENTACIÓN
Existen numerosas configuraciones de plataformas flotantes de apoyo a turbinas eólicas en el mar. En realidad todas ellas se basan en la variedad de los sistemas de amarre existentes, tanques y lastres. Se pueden clasificar atendiendo al sistema de estabilización que emplean:

1. Plataformas estabilizadas por lastre: formadas básicamente por un cuerpo cilíndrico, con una relación grande entre altura y diámetro. Son plataformas que logran la estabilidad mediante el uso de lastre en la parte baja de la boya, consiguiendo que el centro de masas se desplace lo más abajo posible. Estas boyas podrán estar amarradas y fijadas al fondo marino mediante líneas de catenaria o bien por líneas tensionadas, si bien generalmente se emplean líneas de catenaria y anclas de arrastre. 

Modelo de plataforma estabilizada por lastre.

2. Plataformas estabilizadas mediante las líneas de amarre: logran la estabilidad a través de la tensión producida por los amarres. La tensión de los amarres proporciona una interacción de la estructura con la ola relativamente baja con respecto a los amarres con catenaria, dando lugar a que la plataforma tenga unos desplazamientos mínimos. Sin embargo será necesaria una mayor complejidad en el diseño de la estructura.

Modelo de plataformas estabilizadas mediante líneas de amarre

3. Plataformas estabilizadas por flotación: Estas plataformas logran la estabilidad a través de la flotabilidad, aprovechándose de la inercia de la flotación para corregir el momento escorante. La turbina eólica puede flotar sobre un boya o sobre estructuras con 3 o 4 brazos semisumergidos.

AMARRE AL FONDO MARINO
Las plataformas flotantes pueden amarrarse al fondo marino de varias formas. Una de las más comunes es a través de varios anclajes mediante catenarias que pueden estar o no tensionadas. También  existen amarres a un solo punto del fondo marino mediante líneas verticales que pueden llegar a tener articulaciones. Un poco más costoso es el sistema  donde las líneas de amarre están controladas por un servo-controlador, que a  través de un ordenador tensionarán o aflojarán, según sea necesario, para mantener la correcta posición en el medio marino.

Plataforma multiturbina. Diseño Hexicon

POTENCIAL FUTURO
Los parques eólicos flotantes abrirán oportunidades de crecimiento completamente nuevas. El mercado global tiene un potencial enorme y permitirá a los países aprovechar la energía eólica de áreas del océano mucho más grandes que si las colocáramos en tierra. El potencial de generación de electricidad a partir del viento flotante en Europa es enorme. EWEA estima que la energía producida a partir de turbinas en aguas profundas (> 50 m) solo en el Mar del Norte podría cumplir cuatro veces con el consumo de electricidad de la UE. Se espera que los objetivos de la UE para energía eólica marina sean de 40 GW para 2020 y 150 GW para 2030. Las costas españolas tienen un gran potencial para la instalación de grandes turbinas eólicas flotantes.
La compañía de petróleo noruega Statoil y el gobierno escocés alcanzaron un acuerdo para instalar 5 turbinas de viento con una potencia individual de 6MW que se han instalado en 2017 sobre estructuras flotantes a 25km de distancia de la costa NE de Escocia. El proyecto, Hywind Scotland, tiene un coste de 228 millones de dólares y generará energía para abastecer a unos 20.000 hogares.
Fuentes: www.equinor.com, https://www.siemens.com, www.acciona.com, www.energias-renovables.com, https://innovadores.larazon.es, http://innovacion.uas. The European Wind Energy Association, https://www.hexicon.eu/

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