La energía eólica marina flotante es prometedora para la vertical

Jul 25, 2023

Relegadas durante mucho tiempo a los márgenes de la industria eólica, las turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) podrían tener una nueva oportunidad de vida en plataformas flotantes.

La firma sueca SeaTwirl ha estado haciendo olas recientemente con su diseño VAWT flotante en alta mar, incluido el anuncio esta semana de que obtuvo una patente en China, que se espera que sea el mercado eólico marino más grande del mundo dentro de unos años.

La patente, también aprobada recientemente en los EE. UU. según SeaTwirl, es para un diseño que permitiría reemplazar el generador y la carcasa del cojinete justo por encima de la superficie del agua en un barco, reduciendo el costo de instalación y mantenimiento y minimizando el tiempo de inactividad.

La mayor parte del equipo delicado en las turbinas eólicas marinas de eje horizontal estándar está muy por encima del agua, lo que hace que las reparaciones sean más difíciles y peligrosas.

El mes pasado, SeaTwirl dijo que había obtenido el respaldo de la empresa de logística en alta mar NorSea y Colruyt Group de Bélgica para un proyecto de SEK 70 millones ($ 7 millones) para construir un prototipo de 1 megavatio de su VAWT flotante. El plan es construir el prototipo S2 en 2020, muy probablemente en Noruega, dijo a GTM el CEO de SeaTwirl, Gabriel Strängberg.

La avalancha de anuncios de SeaTwirl se produce después de que una investigación realizada el año pasado por Sandia National Laboratories, con sede en EE. UU., descubriera que podría haber un potencial significativo para que los VAWT reduzcan el costo de la energía eólica marina en plataformas flotantes.

El estudio de cinco años y $ 4.1 millones encontró que los VAWT podrían reducir potencialmente el costo de las turbinas eólicas marinas flotantes, la instalación y el mantenimiento al eliminar la necesidad de cajas de engranajes, ejes de alta velocidad, sistemas de guiñada y góndolas, que están todos sujetos a fallas.

Pero el principal atractivo de los VAWT en comparación con las turbinas eólicas de eje horizontal (HAWT) en un contexto marino es que podrían funcionar potencialmente con plataformas flotantes más baratas.

"Para la energía eólica marina flotante, la plataforma es el mayor contribuyente individual al costo nivelado de la electricidad", dijo a GTM el líder de investigación, el Dr. Brandon Ennis, del departamento de tecnologías de energía eólica de Sandia.

"Si tiene un rotor un poco más caro pero un costo de plataforma que se reduce sustancialmente, eso podría ser un beneficio para el sistema".

Aunque todavía está en sus inicios, se espera que la energía eólica marina flotante despegue en la década de 2020 a medida que sus costos bajen y se agoten muchos de los mejores sitios para parques eólicos marinos en aguas menos profundas.

Un gran desafío para los HAWT en plataformas flotantes es que muchos de los componentes más pesados ​​de la turbina, como el tren motriz y el generador, están muy por encima del agua.

Esto crea un gran momento de vuelco que la plataforma flotante debe estabilizar, generalmente agregando masa a la subestructura. Con VAWT como el diseño de Darrieus estudiado en Sandia, todos los componentes pesados ​​se ubicarían en la base de la turbina.

Esto no solo contribuiría a su estabilidad, sino que también haría más fácil y económico realizar el mantenimiento y las reparaciones.

Otra ventaja de los VAWT es que, a diferencia de los HAWT, son insensibles a la dirección del viento, donde el viento cambia de dirección con la altura.

Finalmente, según Quest Floating Wind Energy, una firma de análisis especializada, los VAWT podrían ayudar a superar los efectos de estela asociados con los parques eólicos basados ​​en HAWT.

"La industria busca turbinas cada vez más grandes", dijo Erik Rijkers, director de estrategia y desarrollo de mercado de Quest. "La turbina GE de 12 megavatios tiene una extensión de 220 metros. Esto significa que los flotadores deben estar espaciados a una distancia de aproximadamente 1,5 kilómetros, lo que genera grandes costos de cableado".

En contraste, dijo, los estudios en Francia sugieren que dos VAWT colocados en un solo flotador en realidad mejorarían el rendimiento del otro, reduciendo las necesidades de cableado y haciendo que la tecnología sea una buena apuesta para entornos estrechos como los lagos.

De manera crucial, también, mientras que los HAWT más grandes dificultan cada vez más las cosas para los cimientos flotantes, en el caso de los VAWT, un aumento en el tamaño podría mejorar el rendimiento y la rentabilidad. "En alta mar, se obtiene una eficiencia mejorada para la ampliación", dijo Ennis.

Sandia calculó que, a largo plazo, el costo nivelado de energía para un VAWT en una plataforma flotante podría caer a $110 por megavatio-hora, aunque el organismo de investigación no realizó una comparación similar con los HAWT.

Según un estudio de 2017, el costo nivelado de la energía para la energía eólica marina flotante con la tecnología HAWT actual es de alrededor de $ 180 por megavatio-hora o más.

La creciente competitividad de costos de los VAWT de mayor tamaño suena como un punto de venta importante para la tecnología, pero Ennis admitió que podría ser un obstáculo en la práctica.

Históricamente, a pequeña escala, los VAWT no han funcionado tan bien como los HAWT, lo que ha impedido que se utilicen para la generación de energía a gran escala.

Esto significa que cualquier empresa que desee construir VAWT para uso en alta mar tendría que encontrar patrocinadores dispuestos a asumir un riesgo de desarrollo significativo para crecer.

Bruno Geschier, director de ventas y marketing del fabricante de cimientos flotantes Ideol, se muestra escéptico ante el concepto. "Se necesitarían décadas y miles de millones para tener una turbina de eje vertical de 12 a 15 megavatios lista para su despliegue comercial", dijo.

"Las [turbinas] de eje horizontal ya están funcionando en tales tamaños y tienen un retorno de la experiencia y la capacidad de fabricación industrial que nadie podría igualar".