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La búsqueda de la cuchilla de la turbina eólica monstruosa
Blade Dynamics, una empresa de seis años que pertenece en parte a American Superconductor, un diseñador de turbinas eólicas y proveedor de productos electrónicos para parques eólicos, dice que ha desarrollado tecnología que hará posible las palas de turbinas eólicas más grandes del mundo. Ha demostrado la tecnología mediante la fabricación de palas de 49 metros, y ahora el Energy Technologies Institute, una asociación entre el gobierno del Reino Unido y grandes corporaciones como BP, Shell y Caterpillar, le ha dado a la empresa casi $ 25 millones para construir palas de 100 metros. Podrían habilitar turbinas eólicas de 250 metros de altura que se elevarían sobre el Monumento a Washington, que tiene apenas 169 metros de altura. Las palas de turbina eólica más grandes ahora tienen 75 metros de largo (ver A Mighty Wind Turbine).
Hoja grande: Las formas de las palas de turbina de 80 metros que Vestas está desarrollando se extienden en la distancia.
El esfuerzo no es un mero espectáculo que bate récords. Encontrar formas asequibles de fabricar las enormes palas de las turbinas eólicas es uno de los mayores desafíos para hacer que la energía eólica marina sea competitiva con los combustibles fósiles, y las principales empresas de energía eólica, incluidas GE y Vestas, están desarrollando tecnología para resolver el problema.
Algunos de los mejores vientos para generar energía se encuentran en alta mar, donde el viento puede ser más constante, más rápido y menos turbulento que en tierra. Las turbinas eólicas solo representan alrededor de un tercio del costo de los parques eólicos marinos; los costos de instalación son el mayor gasto, ya que involucran barcos enormes y especializados y están sujetos a retrasos por el mal tiempo. El uso de turbinas eólicas más grandes reduce la cantidad de turbinas eólicas necesarias, lo que reduce los costos de instalación y mantenimiento (consulte Construir turbinas eólicas más grandes y mejores y El gran experimento energético alemán).
Un problema con la construcción de turbinas eólicas muy grandes es que el costo de fabricación de las palas se está disparando. A medida que las turbinas eólicas se hacen más grandes, las cargas en las palas y, por lo tanto, su peso, aumentan exponencialmente. La forma convencional de hacer hojas implica formas que son tan largas como las propias hojas. Los formularios y otros equipos necesarios para fabricarlos se están volviendo tan grandes y especializados que hay pocos proveedores, lo que aumenta los precios de los equipos de fabricación. Asegurarse de que las hojas se formen con precisión también se vuelve cada vez más difícil a medida que las hojas se alargan.
Algunos de los principales fabricantes de turbinas eólicas se apegan a las formas grandes, pero están adoptando palas de fibra de vidrio reforzadas con carbono y nuevos diseños de palas para compensar parte del aumento de los costos de fabricación. También cuentan con ahorros en la instalación y otros costos para justificar el negocio de las turbinas eólicas más grandes. Siemens, por ejemplo, está utilizando formas grandes para sus palas de 75 metros, al igual que Vestas, que está desarrollando palas de 80 metros para una turbina eólica que estará disponible el próximo año.
Mientras que fabricantes como Vestas están utilizando palas reforzadas con carbono, Blade Dynamics fabrica palas completamente de fibra de carbono. La compañía ha desarrollado formas patentadas para hacer secciones de 12 a 20 metros de hoja de fibra de carbono y luego unirlas sin problemas, eliminando la necesidad de formas grandes. Algunos intentos anteriores de palas modulares implicaron atornillar secciones de palas juntas, pero esto creó puntos de tensión dentro de las palas que las debilitaron demasiado.
La fibra de carbono es más cara que la fibra de vidrio, por lo que para una longitud determinada, las hojas serán más caras. Pero David Cripps, gerente técnico senior de Blade Dynamics, dice que el uso de fibra de carbono puede mejorar la economía general de las turbinas eólicas de varias maneras. Al hacer la hoja en secciones más pequeñas, es posible hacer estructuras aerodinámicas más precisas, mejorando el rendimiento, dice. Además, debido a que las palas pesan mucho menos que las de fibra de vidrio, es posible colocar palas más largas en los diseños de turbinas eólicas existentes. Por ejemplo, la pala de 49 metros de la empresa no pesa más que una pala convencional de 45 metros especificada por el diseño original de una turbina eólica. Las palas más largas acumulan más viento, lo que permite que las turbinas generen más energía a velocidades de viento más bajas, lo que aumenta los ingresos.
Las palas más ligeras también permiten diseñar nuevas turbinas eólicas que tienen componentes más ligeros y menos costosos, como el eje de transmisión, la torre y los cimientos. En lugar de un rotor de 24 toneladas, es posible que tenga un rotor de 15 toneladas. Eso es un peso sustancial para ahorrar en el extremo de una torre en voladizo larga, dice Cripps.
El esfuerzo de desarrollo es parte de la estrategia de American Superconductor de llevar al mercado turbinas eólicas de 10 megavatios (los parques eólicos marinos suelen utilizar turbinas de 3,6 megavatios o, más raramente, de seis megavatios). Está reduciendo el peso del generador de turbina eólica con la ayuda de materiales superconductores, y está desarrollando turbinas de 10 megavatios que, según dice, pesarán tanto como las de cinco megavatios, para mantener bajos los costos de instalación.