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Un nuevo giro en la energía eólica flotante
Las turbinas eólicas conectadas a boyas flotantes pueden aprovechar vientos más fuertes y sostenidos en mar abierto. Pero los flotadores que se utilizan ahora para tales instalaciones en aguas profundas pueden resultar prohibitivamente costosos porque las boyas necesarias para mantenerlos por encima del agua son enormes. Ahora, un proyecto en Francia está cambiando el diseño de la turbina por lo que los desarrolladores esperan sea una alternativa de bajo costo.
Mejor equilibrio: Las turbinas eólicas de eje vertical, como este prototipo de tierra firme desarrollado por Nenuphar, podrían hacer que la energía eólica marina sea más económica.
La empresa francesa de ingeniería de petróleo y gas Technip y la startup de energía eólica Nenuphar anunciaron recientemente Vertiwind, una turbina eólica de dos megavatios que planean flotar en aguas mediterráneas a finales de 2013. El proyecto emplea una turbina con un eje de rotor principal que se establece verticalmente, como una peonza, en lugar de horizontalmente, como en una turbina eólica convencional.
El beneficio del diseño de eje vertical es que baja el centro de gravedad de la turbina. El diseño de Vertiwind mide 100 metros de altura, pero coloca el generador, que pesa 50 toneladas, dentro de un tubo sellado debajo de las palas giratorias de la turbina, a 20 metros sobre el nivel del mar. Esto hace que la turbina sea menos pesada en la parte superior, lo que permite un sistema de flotación significativamente más pequeño, que se extendería solo nueve metros por debajo de la superficie del océano.
Por el contrario, una turbina de eje horizontal con la misma potencia y palas que también alcancen los 100 metros de altura necesitaría que su generador esté a 60 metros sobre el nivel del mar. Una boya construida por Technip para un prototipo de turbina flotante de eje horizontal de 2,3 megavatios, propiedad de la empresa energética noruega Statoil, se extiende 100 metros por debajo de la superficie.
Se ahorra mucho material con un eje vertical, dice Stephane His, vicepresidente de biocombustibles y energías renovables de Technip. Pero más que eso, facilita el proceso de instalación de la máquina.
Technip y Nenuphar planean construir dos turbinas de eje vertical con una potencia de dos megavatios cada una, una en tierra y otra en alta mar, a un costo de $ 28 millones. La cifra sigue siendo significativamente mayor que las turbinas de aguas poco profundas fijadas al lecho marino (que cuestan alrededor de $ 5 millones por megavatio), pero mucho menos que los aproximadamente $ 70 millones gastados en la construcción del prototipo propiedad de Statoil para la construcción, implementación e investigación en curso.
Al perseguir un diseño de eje vertical, Vertiwind está utilizando tecnología que fue prácticamente abandonada para la energía eólica terrestre hace más de una década. Los diseños de eje vertical, que son inherentemente bajos al suelo, generalmente no pueden competir con las turbinas eólicas horizontales más altas que atrapan vientos más fuertes en altitudes más altas.
Esto debería ser una desventaja menor en alta mar, ya que la velocidad del viento aumenta menos con la altura sobre aguas abiertas que sobre tierra, dice Walter Musial, quien lidera las actividades de investigación de energía eólica marina para el Departamento de Energía de EE. UU. Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colorado.
Sin embargo, Musial tiene dudas sobre el diseño que sigue Vertiwind. Se han construido pocas turbinas de eje vertical a gran escala, y todas han tenido un diseño de pala curva que se conecta al eje principal de la turbina en la parte superior e inferior de la pala, distribuyendo así uniformemente la carga colocada sobre la estructura, dice Musial. Vertiwind, sin embargo, utilizará un diseño de hoja recta que solo está conectado al eje central mediante dos soportes o puntales cerca de la parte inferior de la hoja.
Esa cuchilla se doblará mientras gira debido a la fuerza centrífuga, y las conexiones de esos puntales llevan toda la carga, dice Musial. Esas uniones están siendo martilladas, ese es el aspecto de ingeniería más desafiante de este diseño.
El CEO de Nenuphar, Charles Smadja, dice que confía en que el diseño resistirá la tensión, según las pruebas de un prototipo de 35 kilovatios que gira a velocidades más altas. Smadja admite, sin embargo, que aumentar a una turbina de dos megavatios presentará nuevos desafíos. Lo que se puede hacer correctamente a pequeña escala puede ser difícil de hacer a gran escala, dice.