Las turbinas eólicas ya tienen el tamaño de un rascacielos: ¿hay algún límite en cuanto a su tamaño?

En 2023, a unas 100 millas de la costa del noreste de Inglaterra, las turbinas eólicas más grandes del mundo comenzarán a generar electricidad. Esta primera fase del desarrollo del parque eólico marino de Dogger Bank utiliza Haliade X de General Electric, una turbina que se eleva a más de un cuarto de kilómetro de altura desde la superficie del mar hasta el punto más alto de la punta de la pala.

Si colocara una en Londres, sería la tercera estructura más alta de la ciudad, más alta que One Canada Square en Canary Wharf y solo 50 metros más baja que Shard. Cada una de sus tres aspas sería más larga que la altura de la torre del reloj del Big Ben. Y Dogger Bank eventualmente tendrá casi 300 de estos gigantes.

Han pasado solo dos décadas desde que se construyó el primer parque eólico marino adecuado del Reino Unido frente a la costa del norte de Gales. Cada una de sus turbinas podía producir 2 megavatios (MW) de electricidad en condiciones ideales, lo que se consideraba enorme en ese momento. En contraste, el Haliade X es capaz de producir 13MW de electricidad, y las turbinas de 15MW están a solo uno o dos años de distancia.

Entonces, ¿por qué las turbinas están aumentando de tamaño a un ritmo tan rápido? ¿Existe un límite para el tamaño que pueden alcanzar? En resumen, la primera respuesta es reducir el costo de la energía y la segunda es que debe haber un límite, pero nadie le ha puesto un número todavía.

Grandes turbinas, electricidad barata

Hace solo cinco años, la industria eólica marina esperaba reducir el precio de la energía a menos de 100 libras esterlinas por megavatio-hora para 2020 a partir de nuevos proyectos en aguas del Reino Unido. Incluso a ese nivel, los proyectos aún habrían dependido de los subsidios del gobierno para hacerlos económicamente viables, en comparación con otros tipos de generación de electricidad.

Pero, de hecho, los costos se redujeron rápidamente en la medida en que los desarrolladores de parques eólicos marinos pronto se comprometieron a vender su electricidad a precios mucho más bajos. Hoy en día, los desarrolladores están construyendo parques eólicos como Dogger Bank, donde se han comprometido a precios inferiores a 50 libras esterlinas por megavatio-hora. Esto hace que la energía eólica marina sea competitiva con otras formas de generación de energía, eliminando efectivamente la necesidad de subsidio.

El factor principal en la reducción de estos costos fue el tamaño de la turbina. Las turbinas cada vez más grandes llegaron al mercado más rápido de lo que esperaban prácticamente todos en el sector.

Las cuchillas no pueden girar demasiado rápido

En teoría, las turbinas pueden seguir creciendo. Después de todo, una pala más grande extrae energía del viento sobre un área mayor a medida que gira, lo que genera más electricidad.

Pero hay algunas limitaciones de ingeniería. Uno se refiere a la erosión de las palas provocada por su colisión con las gotas de lluvia y el rocío del mar. Para los diseños actuales, la velocidad de las puntas de las palas debe limitarse a 90 metros por segundo (lo que equivale a poco menos de 200 mph) para evitar la erosión. Por lo tanto, a medida que las turbinas se hacen más grandes y las palas más largas, sus rotores tienen que girar más lentamente.

Una consecuencia de tener que reducir la velocidad del rotor es que, para producir la misma cantidad de potencia, las palas deben desviar el viento en mayor medida. Esto da como resultado fuerzas mucho mayores en toda la turbina. Podemos abordar estas altas fuerzas, pero solo aumentando tanto el peso como el costo de la turbina. Y eso significa que el punto en el que la turbina deja de ser rentable, el punto en el que el costo adicional ya no vale la pena por el valor de la electricidad adicional generada, se alcanza mucho antes que si se permitiera que las puntas de las palas fueran más rápidas.

Además, a medida que las hojas se hacen más largas, se vuelven más flexibles. Esto hace que sea más difícil mantener completamente bajo control la aerodinámica del flujo de viento a su alrededor, y más difícil garantizar que las palas no golpeen la torre de la turbina en condiciones de viento extremo.

Restricciones logísticas

Sin embargo, los desafíos de ingeniería como estos quizás puedan resolverse a largo plazo. Esto significará que es más probable que las turbinas eólicas tengan un tamaño limitado por problemas de fabricación, instalación y operación, en lugar de cualquier límite físico en el diseño de la turbina.

El simple hecho de transportar palas y torres de la fábrica al sitio y ensamblar la turbina cuando llega allí presenta grandes desafíos. Cada una de esas palas del tamaño de un Big Ben debe enviarse en una sola pieza. Esto requiere puertos enormes, embarcaciones gigantes y grúas que puedan operar de manera segura y confiable en alta mar. Aquí es donde es más probable que venga el límite.

Puede ver estos límites en la práctica en el Reino Unido, que está rodeado de mares ventosos y poco profundos que son perfectos para generar energía. A pesar de esto, es probable que el Reino Unido no alcance su ambicioso objetivo de triplicar con creces su capacidad eólica marina para 2030.

Esto no se debe a la tecnología oa la falta de sitios en alta mar. Más bien, la industria no podrá fabricar turbinas lo suficientemente rápido, y es poco probable que la infraestructura portuaria y la cantidad de embarcaciones de instalación, grúas adecuadas y trabajadores con las habilidades necesarias sean suficientes.

Entonces, si el Reino Unido quiere maximizar el beneficio para su economía de lo que es, hasta ahora, una fantástica historia de éxito, el enfoque ahora debe cambiar de la reducción pura de costos al desarrollo de las habilidades de los trabajadores y la cadena de suministro de energía eólica marina.

Las turbinas se harán más grandes, estoy seguro, pero sospecho que a un ritmo más lento de lo que hemos visto en los últimos años. Y si las turbinas se despliegan a 100 millas de la costa, ¿a alguien le importará? Después de todo, el público no estará allí para verlos.

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