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La próxima esperanza de la energía eólica: palas tan largas como dos campos de fútbol
Inspirándose en la forma en que las palmeras se mueven con vientos fuertes, un grupo de investigadores de la Universidad de Virginia y el Laboratorio Nacional Sandia están desarrollando una pala de aerogenerador extremadamente larga que podría hacer posible la construcción de turbinas de 50 megavatios, mucho más potentes que las actuales. , que tienden a producir solo dos megavatios. Las palas, diseñadas bajo un programa financiado por el programa ARPA-E del Departamento de Energía de EE. UU., tendrían 200 metros de largo, 2,5 veces la longitud de las palas más largas disponibles comercialmente en la actualidad.
En los últimos años, la industria de la energía eólica se ha movido hacia palas cada vez más largas, impulsada por simples economías de escala: cuanto mayor es el diámetro del rotor (el área circular barrida por las palas de la turbina), más energía puede producir una sola torre eólica. Si las aspas se pueden fabricar y la torre se puede erigir de forma económica, el costo de la electricidad se reduce a medida que las aspas se hacen más largas.
Incluso en las Grandes Llanuras abiertas de par en par, el transporte de enormes palas de turbinas por carretera es una tarea arriesgada.
Las supercuchillas Sandia se basan en conceptos desarrollados por Eric Loth, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Virginia . Tendrían una serie de articulaciones a lo largo de su longitud que les permitirían plegarse en respuesta a la fuerza del viento. Situadas a favor del viento de la torre (a diferencia de las aspas convencionales, que son a favor del viento), las aspas se aferrarían como las garras de una rapaz en condiciones de viento extremo para disminuir las fuerzas sobre la turbina. En condiciones óptimas se extenderían en toda su longitud. Son particularmente adecuados para instalaciones en alta mar en áreas propensas a huracanes y permitirían producir energía económicamente en regiones donde los vientos son suaves.
El rotor cambiante se aferra como la garra de un ave rapaz en respuesta a las condiciones cambiantes del viento.
Lo que proponemos hacer va mucho más allá de los diseños actuales y de un riesgo muy alto, dice Todd Griffith, líder técnico de Sandia. Programa de energía eólica marina .
Las palas más largas disponibles en la actualidad son de 80 metros y están construidas en un solo segmento. Las longitudes de las hojas están limitadas, por ahora, por los desafíos de logística y transporte: es difícil usar camiones para mover algo de decenas de metros de largo y varios metros de diámetro. Vestas, con sede en Dinamarca, recientemente comenzó a enviar palas de 62 metros en los EE. UU. El primer cliente es Duke Energy, que comenzará a construir un nuevo parque eólico utilizando las palas grandes en Oklahoma a finales de este año. Las palas se enviarán a los puertos a lo largo de la costa del Golfo de Texas, se transportarán por ferrocarril a Oklahoma y se transportarán en camiones al sitio. Tal instalación no podría ocurrir en partes más congestionadas del país.
Las palas segmentadas, que facilitan el transporte y el montaje in situ, no son nuevas; fabricantes europeos, incluidos Gamesa y Enercon ahora los ofrecen, pero aún no se han implementado ampliamente. Los constructores de parques eólicos desconfían de agregar posibles debilidades estructurales a las palas largas y rígidas sujetas a grandes tensiones, dice Bruce Peacock, vicepresidente de ingeniería y construcción en la división de energía renovable de Duke: Las pequeñas fallas estructurales pueden conducir a fallas catastróficas.
Todd Griffith, del Laboratorio Nacional Sandia, sostiene un modelo a escala de las palas de turbina que él y sus colegas están desarrollando.
Incluso si las aspas llegan al sitio, erigir torres eólicas de más de 120 metros de altura presenta sus propios desafíos, porque las grúas no son lo suficientemente altas. Fabricantes como Terex y Manitowoc están desarrollando grúas especializadas para torres eólicas muy altas, pero no está claro si alguna vez serán lo suficientemente altas como para levantar una torre con un rotor de 400 metros. Están surgiendo nuevas soluciones. Sistemas de torre Keystone , una empresa nueva con sede en el norte de Colorado, ha desarrollado una fábrica móvil para dar forma a láminas de acero en un diseño de espiral envuelto en el sitio, eliminando el problema de enviar torres grandes por camión. También hay diseños en la mesa de dibujo para los llamados grúas trepadoras que esencialmente araña la torre a medida que se eleva.
La perspectiva de nuevas tecnologías y materiales exóticos para las palas que son más ligeros y resistentes significa que es poco probable que desaparezca el impulso hacia las turbinas eólicas de gran tamaño. Gigantescas granjas en alta mar como la Matriz de Londres es probable que se vuelvan más comunes en el futuro, y el tamaño de la pala y la altura de la torre no enfrentan las mismas limitaciones en el mar que en tierra. Tomará una década o más para que el diseño de Sandia llegue al mercado, si es que alguna vez lo hace, pero aún se están trabajando conceptos más futuristas para hojas extensibles que se extienden hacia afuera en condiciones favorables.