Aspas gigantes plegables para energía eólica marina



Transporte de aspas para energía eólica en la actualidad
Transporte de aspas para energía eólica en la actualidad

Un nuevo diseño para aspas gigantes de más de dos campos de fútbol podría ayudar a llevar turbinas eólicas offshore a 50 megavatios (MW) a los Estados Unidos y el mundo.

La investigación de Sandia sobre un rotor segmentado de escala extrema ultraligero y con cambio de forma es financiada por el programa ARPA-E del Departamento de Energía. El desafío: diseñar una turbina marina de 50 MW de bajo costo que utilice un aspa de rotor de más de 200 metros de largo, dos veces y media más larga que cualquier aspa de viento existente.

«Las turbinas Exascale aprovechan las economías de escala «, dijo Todd Griffith, diseñador líder de las aspas gigantes en el proyecto y líder técnico del Programa de Energía Eólica Offshore de Sandia.

Gran Potencial de energía eólica offshore

El trabajo anterior de Sandia en sistemas de 13 MW utiliza aspas de 100 metros sobre los cuales se basan los diseños de rotor segmentados iniciales. Mientras que una turbina de viento horizontal de 50 MW está muy por encima del tamaño de cualquier diseño actual, los estudios muestran que la alineación de carga (apuntando turbinas a favor del viento) puede reducir drásticamente las tensiones máximas y la fatiga en las aspas del rotor. Esto reduce los costos y permite la construcción de cuchillas lo suficientemente grandes para un sistema de 50 MW.

La mayoría de las turbinas de viento actuales de Estados Unidos producen energía en el rango de 1-2 MW, con aspas de unos 50 metros de largo. La mayor turbina disponible en el mercado tiene una potencia de 8 MW, con palas de 80 metros de largo.

«Los Estados Unidos tienen un gran potencial de energía eólica marina, pero las instalaciones en alta mar son caras, por lo que se necesitan grandes turbinas para capturar esa energía a un costo asequible», dijo Griffith.

Las barreras permanecen antes de que los diseñadores puedan escalar hasta una turbina de 50 MW – más de seis veces la potencia de las mayores turbinas actuales.

«Las aspas convencionales ascendentes son costosas de fabricar, desplegar y mantener más de 10-15 MW», dijo Griffith. «Ellas deben ser rígidas para evitar la fatiga y eliminar el riesgo de ataques de la torre en ráfagas fuertes.Las aspas rígidas son pesadas, y su masa, que está directamente relacionada con el costo, se vuelve aún más problemática a la escala extrema debido a las cargas gravitacionales y otros Cambios «.

Dijo que las nuevas aspas gigantes podrían fabricarse más fácilmente y de manera rentable en segmentos, evitando el equipo de escala sin precedentes necesario para el transporte y montaje de las aspas construidas como unidades individuales.

El diseño de las aspas gigantes inspirado en palmeras

Las turbinas exascales estarían situadas a favor del viento, a diferencia de las turbinas convencionales que están configuradas con las palas de rotor a favor de la torre.

La alineación de carga del rotor segmentado se inspira en la forma en que las palmeras se mueven en las tormentas. El tronco ligero segmentado se aproxima a una serie de armazones cilíndricas que se doblan en el viento, manteniendo la rigidez del segmento. Esta alineación reduce radicalmente la masa requerida para rigidez de las aspas gigantes al reducir las fuerzas sobre ellas utilizando el enfoque de alineación de carga inspirado en la palmera.

Aspas gigantes plegables para energía eólica marina
Aspas gigantes plegables para energía eólica marina

Las aspas gigantes de turbina segmentadas tienen una ventaja significativa en partes del mundo con riesgos de tormentas severas tales como huracanes, donde las turbinas offshore deben soportar velocidades tremendas del viento de más de 200 mph. Las aspas se alinean para reducir las fuerzas de soporte a través de una bisagra de muñón cerca del cubo que responde a los cambios en la velocidad del viento.

«A velocidades de viento peligrosas, las aspas gigantes se pliegan y alinean con la dirección del viento, reduciendo el riesgo de daños. A velocidades de viento más bajas, las palas se esparcen más para maximizar la producción de energía «, dijo Griffith.

El objetivo del Departamento de Energía es reducir el costo de la energía eólica para apoyar el despliegue que podría proporcionar el 20 por ciento de la energía del país (EEUU) a partir del viento en 2030. Las turbinas Exascale, posibles gracias a las aspas gigantes, podrían ser una forma importante de alcanzar esa meta.

Fuente: Sandia National Laboratories


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