ENERGÍA RENOVABLE

¿Cómo funcionan los aerogeneradores flotantes? Con 5 empresas ganando los primeros contratos de arrendamiento de EE. UU. para construir parques eólicos frente a la costa de California, echemos un vistazo

El norte de California tiene algunos de los vientos marinos más fuertes de los EE. UU., con un inmenso potencial para producir energía limpia. Pero también tiene un problema. Su plataforma continental desciende rápidamente, lo que hace que la construcción de turbinas eólicas tradicionales directamente en el lecho marino sea costosa, si no imposible.

Una vez que el agua alcanza más de 200 pies de profundidad, aproximadamente la altura de un edificio de 18 pisos, estas estructuras de «monopilotes» están prácticamente fuera de discusión.

Ha surgido una solución que se está probando en varios lugares del mundo: turbinas eólicas que flotan.

En California, donde la sequía ha ejercido presión sobre el suministro de energía hidroeléctrica, el estado está avanzando en un plan para desarrollar los primeros parques eólicos marinos flotantes del país. El 7 de diciembre de 2022, el gobierno federal subastó cinco áreas de arrendamiento a unas 20 millas de la costa de California a empresas con planes de desarrollar parques eólicos flotantes. Las ofertas fueron más bajas que los arrendamientos recientes frente a la costa atlántica, donde los parques eólicos pueden anclarse al lecho marino, pero aún así fueron significativas, superando en conjunto los US$757 millones.

Entonces, ¿cómo funcionan los parques eólicos flotantes?

Tres formas principales de hacer flotar una turbina

Una turbina eólica flotante funciona igual que otras turbinas eólicas: el viento empuja las aspas, lo que hace que el rotor gire, lo que impulsa un generador que genera electricidad. Pero en lugar de tener su torre incrustada directamente en el suelo o el lecho marino, una turbina eólica flotante se asienta sobre una plataforma con líneas de amarre, como cadenas o cuerdas, que se conectan a anclas en el lecho marino debajo.

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Estas líneas de amarre mantienen la turbina en su lugar contra el viento y la mantienen conectada al cable que envía su electricidad a la costa.

La mayor parte de la estabilidad la proporciona la propia plataforma flotante. El truco es diseñar la plataforma para que la turbina no se incline demasiado con vientos fuertes o tormentas.

Una ilustración de cada uno en un océano, que muestra cómo las líneas lo anclan al lecho marino.
Tres de los tipos comunes de plataformas flotantes de aerogeneradores.
Josh Bauer/NREL

Hay tres tipos principales de plataformas:

  • Una plataforma de boya de mástil es un cilindro largo y hueco que se extiende hacia abajo desde la torre de la turbina. Flota verticalmente en aguas profundas, lastrado con lastre en el fondo del cilindro para bajar su centro de gravedad. Luego se ancla en su lugar, pero con líneas flojas que le permiten moverse con el agua para evitar daños. Las boyas Spar han sido utilizadas por la industria del petróleo y el gas durante años para operaciones en alta mar.

  • Las plataformas semisumergibles tienen grandes cascos flotantes que se extienden desde la torre, también anclados para evitar la deriva. Los diseñadores han estado experimentando con múltiples turbinas en algunos de estos cascos.

  • Las plataformas con patas de tensión tienen plataformas más pequeñas con líneas tensas que van directamente al piso de abajo. Estos son más livianos pero más vulnerables a terremotos o tsunamis porque dependen más de las líneas de amarre y las anclas para su estabilidad.

Cada plataforma debe soportar el peso de la turbina y permanecer estable mientras la turbina opera. Puede hacer esto en parte porque la plataforma hueca, a menudo hecha de grandes estructuras de acero u hormigón, proporciona flotabilidad para soportar la turbina. Dado que algunos pueden ensamblarse completamente en el puerto y remolcarse para su instalación, pueden ser mucho más económicos que las estructuras de fondo fijo, que requieren embarcaciones especiales para su instalación en el sitio.

Las personas se paran junto a una pequeña turbina eólica sostenida por una grúa.  Solo la base es tres veces más alta que un humano.
La Universidad de Maine ha estado experimentando con una pequeña turbina eólica flotante, de aproximadamente un octavo de escala, en una plataforma semisumergible con RWE, uno de los postores ganadores.
Foto AP/Robert F. Bukaty

Las plataformas flotantes pueden soportar turbinas eólicas que pueden producir 10 megavatios o más de energía, que es similar en tamaño a otras turbinas eólicas marinas y varias veces mayor que la capacidad de una turbina eólica terrestre típica que podría ver en un campo.

¿Por qué necesitamos turbinas flotantes?

Algunos de los recursos eólicos más fuertes se encuentran lejos de la costa en lugares con cientos de pies de agua debajo, como la costa oeste de EE. UU., los Grandes Lagos, el mar Mediterráneo y la costa de Japón.

Mapa que muestra el potencial eólico marino
Parte del potencial de energía eólica marina más fuerte en los EE. UU. se encuentra en áreas donde el agua es demasiado profunda para las turbinas fijas, incluso en la costa oeste.
NREL

Las áreas de arrendamiento de EE. UU. subastadas a principios de diciembre cubren aproximadamente 583 millas cuadradas en dos regiones: una frente a Morro Bay en el centro de California y la otra cerca de la frontera con el estado de Oregón. El agua de California se vuelve profunda rápidamente, por lo que cualquier parque eólico que esté a unas pocas millas de la costa requerirá turbinas flotantes.

Una vez construidos, los parques eólicos en esas cinco áreas podrían proporcionar alrededor de 4,6 gigavatios de electricidad limpia, suficiente para abastecer a 1,5 millones de hogares, según estimaciones del gobierno. Las empresas ganadoras sugirieron que podrían producir aún más energía.

Pero llevar turbinas eólicas reales al agua llevará tiempo. Los ganadores de la subasta de arrendamiento se someterán a una revisión antimonopolio del Departamento de Justicia y luego a un largo proceso de planificación, permisos y revisión ambiental que generalmente toma varios años.

Mapas que muestran las ubicaciones frente a Moro Bay, al norte de Santa Bárbara, y Eureka, cerca de la frontera con Oregón.
Las primeras cinco áreas de arrendamiento federal para el desarrollo de energía eólica marina en la costa del Pacífico.
Oficina de Gestión de Energía Oceánica

A nivel mundial, varios proyectos de demostración a gran escala con aerogeneradores flotantes ya están en funcionamiento en Europa y Asia. El proyecto Hywind Scotland se convirtió en el primer parque eólico marino flotante a escala comercial en 2017, con cinco turbinas de 6 megavatios respaldadas por boyas de mástil diseñadas por la compañía energética noruega Equinor.

Equinor Wind US tuvo una de las ofertas ganadoras en el centro de California. Otro postor ganador fue RWE Offshore Wind Holdings. RWE opera parques eólicos en Europa y tiene tres proyectos de demostración de aerogeneradores flotantes. Las otras empresas involucradas, Copenhagen Infrastructure Partners, Invenergy y Ocean Winds, tienen arrendamientos en la costa atlántica o parques eólicos marinos existentes.

Si bien los parques eólicos marinos flotantes se están convirtiendo en una tecnología comercial, todavía existen desafíos técnicos que deben resolverse. El movimiento de la plataforma puede causar fuerzas más altas en las palas y la torre, y una aerodinámica más complicada e inestable. Además, a medida que las profundidades del agua se vuelven muy profundas, el costo de las líneas de amarre, las anclas y el cableado eléctrico puede volverse muy alto, por lo que se necesitarán tecnologías más baratas pero aún confiables.

Pero podemos esperar ver más turbinas marinas apoyadas en estructuras flotantes en un futuro próximo.

Este artículo se actualizó con la primera venta de arrendamiento.

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