Seis formas innovadoras de hacer flotar turbinas eólicas del tamaño de rascacielos

Sí, has leído bien: flota. Es posible que haya visto una turbina eólica en el mar antes, pero lo más probable es que estuviera mirando una turbina “fija”, es decir, una que se asienta sobre una base perforada en el lecho marino. Para la nueva frontera de la energía eólica marina, la atención se centra en las turbinas eólicas flotantes. En este caso, las turbinas están sostenidas por estructuras flotantes que se balancean y se balancean en respuesta a las olas y el viento y están amarradas con cadenas y ancladas al fondo marino.

Esto se está convirtiendo en el foco del sector por la sencilla razón de que la mayor parte del viento sopla sobre aguas profundas, donde construir plataformas fijas sería demasiado costoso o simplemente imposible. Diseñar estas nuevas plataformas flotantes es un verdadero desafío de ingeniería y es el foco de mi investigación académica.

Estas turbinas eólicas son enormes y alcanzan hasta 240 m de altura, aproximadamente el tamaño de un rascacielos. Dado que son tan altas, los fuertes vientos muy por encima de la superficie del mar tienden a hacer que la turbina quiera inclinarse, por lo que los diseños de plataformas se centran en minimizar esta inclinación sin dejar de ser competitivos en costos con otras formas de energía.

Hay más de 100 ideas para diseños de plataformas, pero a grandes rasgos podemos agruparlas en las siguientes seis categorías:

1. Spar

Los largueros son plataformas estrechas y profundas a las que se les agrega peso en la parte inferior para contrarrestar la fuerza del viento (esto se llama «lastre»). Suelen ser relativamente fáciles de fabricar porque normalmente constan de un solo cilindro.

Sin embargo, pueden extenderse 100 metros o más bajo el agua, lo que significa que no pueden desplegarse en muelles normales que no sean lo suficientemente profundos. Se requieren procedimientos de instalación especializados para instalar la turbina una vez que la plataforma ha sido remolcada a aguas profundas.

2. Barcaza

Las barcazas son plataformas anchas y poco profundas que utilizan flotabilidad lejos del centro de la estructura para contrarrestar la fuerza del viento sobre la torre. Como normalmente se extienden a menos de 10 metros bajo el agua, no necesitan muelles especializados en aguas profundas ni embarcaciones de instalación.

Sin embargo, pueden ser difíciles de hacer porque la plataforma suele ser una unidad única y grande con una forma compleja.

3. Plataforma de piernas tensas

Las plataformas de patas tensas, o TLP, utilizan líneas de amarre tensas para conectar la plataforma al fondo marino y evitar que la turbina se incline con el viento.

Estas plataformas suelen ser más pequeñas y livianas que los otros tipos, lo que las hace más fáciles de instalar en un puerto estándar. Además, su “huella” en el fondo marino es pequeña debido a las líneas tensas.

Sin embargo, las plataformas normalmente no son estables hasta que están unidas a sus líneas de amarre, lo que significa que se requiere una solución especial de remolque e instalación.

4. Semisumergible

Los semisumergibles constan de tres, cuatro o cinco cilindros verticales conectados, con la turbina en el medio o encima de una de las columnas. La plataforma utiliza flotabilidad lejos del centro (similar a la barcaza) y lastre en la base de cada columna (similar al larguero).

Al igual que las barcazas, los semisumergibles no requieren equipo de remolque especializado y funcionan en una amplia gama de profundidades de agua. La fabricación vuelve a ser un desafío.

5. Tipo combinado

Las cuatro categorías anteriores son las plataformas más “tradicionales”, influenciadas por sus predecesoras en la industria del petróleo y el gas. Desde la década de 1960, las plataformas flotantes han permitido que enormes plataformas petroleras puedan acceder a sitios de aguas más profundas (la más profunda está a más de 2.000 m). La mayoría de estas plataformas petrolíferas en aguas profundas son semisumergibles, ancladas al fondo marino con cadenas, o TLP, conectadas al fondo marino con cables tensos.

Más recientemente, ha habido una tendencia hacia plataformas más especializadas en energía eólica flotante. En concreto, algunos utilizan una combinación de los mecanismos de estabilidad, aprovechando las ventajas de cada uno de los diseños anteriores.

Por ejemplo, las plataformas de “lastre abatible” parecen plataformas semisumergibles o de barcazas tradicionales, pero con un peso que cuelga de cables tensos.

Durante la instalación de la turbina en el puerto y el remolque, se aumenta el peso, de modo que se puede utilizar un muelle tradicional (no profundo) y no se necesita equipo especializado. En el lugar de instalación, el peso se reduce y la plataforma obtiene estabilidad adicional gracias a un centro de masa bajo.

Otros diseños aprovechan los beneficios de la estabilidad de las líneas de amarre tensas (similar a un TLP), pero están diseñados para ser estables durante el remolque y, por lo tanto, no necesitan una embarcación de instalación especial. Por ejemplo, la siguiente imagen muestra la plataforma X1 Wind:

Las líneas de amarre tensas están unidas a una sola columna, que se instala inicialmente. A continuación se remolca el resto de la plataforma, que es autoestable, y se conecta con las tensas líneas de amarre a la columna preinstalada. La plataforma utiliza la estabilidad adicional de las líneas de amarre pero sin la inestabilidad de remolque típica de los TLP.

6. Plataformas híbridas

Estas plataformas añaden otro tipo de energía renovable, más comúnmente un convertidor de energía de las olas. Esto aumenta la cantidad total de energía generada y reduce los costos, ya que se pueden compartir los cables de alimentación, el mantenimiento y otras infraestructuras.

Un convertidor de energía de las olas también reduce el movimiento de la plataforma, lo que a su vez aumenta el rendimiento energético de la turbina.

Margen de mejora

Ya se han construido cuatro parques eólicos marinos flotantes, el mayor de los cuales se inauguró en 2023 frente a las costas de Noruega. Dos de estos parques utilizan el diseño de mástil Hywind y dos utilizan el semisumergible WindFloat.

Ha habido otros 18 diseños de plataformas para llegar a las pruebas en el mar, incluido al menos uno de cada una de las categorías descritas anteriormente. Algunos tienen planes de construir granjas flotantes en los próximos años, y otros diseños en etapa inicial tienen planes de implementar sus propios prototipos de dispositivos en un futuro cercano.

Curiosamente, las plataformas en realidad difieren en diseño. Después de muchos años, las turbinas eólicas han convergido en su mayoría en el diseño de tres palas que se ve hoy, pero aún no ha habido tal convergencia en una “mejor” plataforma flotante consensuada. Esto sugiere que aún son posibles mejoras significativas, especialmente en términos de reducir el movimiento y disminuir los costos.

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