Estructuras para turbinas eólicas marinas, bajar costos



Estructuras para turbinas eólicas marinas
Estructuras para turbinas eólicas marinas

La fundación primero: Diseño de estructuras para turbinas eólicas marinas para la máxima reducción de costos…

El próximo año, Siemens instalará un nuevo diseño de bases en Nissum Bredning Vind que podría reducir el costo de las estructuras para turbinas eólicas marinas y su instalación en casi la mitad.

A medida que el mercado global de energía eólica offshore continúa su crecimiento fenomenal, las tecnologías están evolucionando para conseguir costos de proyecto más bajos, y en última instancia, menor costo de energía.

El tamaño creciente de las turbinas eólicas capta gran parte de la atención que rodea a esa evolución, pero las estructuras que soportan la torre, nacelle y las aspas, no deben pasarse por alto y resultan igualmente vitales para reducir los costos generales del proyecto.

El próximo año, una compañía planea completar una instalación en un proyecto de energía eólica marina en el norte de Dinamarca que demostrará una nueva estructura híbrida que podría reducir drásticamente los costos asociados con las cimentaciones y su instalación – típicamente 20-30 por ciento de un proyecto.

Diseños de cimientos – Estructuras para turbinas eólicas marinas

Aunque las fundaciones de las estructuras para turbinas turbinas eólicas -las estructuras que unen torre a tierra- vienen en una variedad de diseños, un puñado ha dominado el mercado de instalaciones de estructuras para turbinas eólicas marinas y una gama mucho más amplia de conceptos están en estudio o en demostración.

Según el informe del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) 2014-2015 del Departamento de Energía de los Estados Unidos sobre tecnologías eólicas offshore, tres estructuras de cimentación han capturado la mayoría del mercado eólico offshore: monopilares, jackets y bases gravitatorias. NREL informa que los monopilares han sido la subestructura dominante, con 6,746 MW instalados en junio de 2015, con una cuota de mercado del 75 por ciento. Las jackets sostenían el 10 por ciento y las bases gravitatorias el 8 por ciento.

El monopilar es un tubo de acero que se introduce en el lecho marino y al cual está unida la torre. Fundaciones tipo jacket tienen tres o cuatro polos de menor diámetro que se conectan con una red trabajo y se adhieren a pequeños pilares situados en el fondo marino. Una fundación basada en la gravedad está típicamente hecha de hormigón y enterrada en el fondo marino.

Según NREL,  se espera que los monopilares continúen con su posición dominante en el mercado de las estructuras para turbinas eólicas marinas, pero los jackets podrían ganar cuota de mercado sobre la base de sus prestaciones para los sitios de aguas más profundas. Mientras que los monopilares fueron originalmente preferidos para los sitios menos profundos, las mejoras en su diseño han empujado su aplicación más allá de las expectativas originales.

Según NREL, la aplicación más profunda de las fundaciones de monopilares hasta la fecha será en Veja Mate, un proyecto de 402 MW en el Mar del Norte alemán que utilizará turbinas eólicas Siemens de 6 MW en 40 metros de profundidad. La construcción de Veja Mate comenzó en abril y se espera que esté terminada para fines del próximo año.

Jackets Gravitatorios – Estructuras para turbinas eólicas marinas

En el proyecto Nissum Bredning Vind, en el norte de Dinamarca, Siemens probará un nuevo diseño de cimentación destinado a aplicaciones en aguas profundas en el que la compañía espera reducir significativamente los costes de la cimentación.

Nissum Bredning Vindmøllelaug y el desarrollador Jysk Energi colocaron la oferta ganadora en la licitación de la Agencia Danesa de Energía para la construcción del proyecto piloto de 28 MW en el norte de Dinamarca. Siemens suministrará su turbina de 7 MW de transmisión directa para el proyecto, que se encuentra justo en el interior de la bahía de Nissum, en la costa este de Dinamarca.

Jesper Møller, responsable de conceptos y soluciones offshore de la división Siemens Wind Power and Renewables, describe el nuevo concepto de fundación que Siemens utilizará para el proyecto como una fundación híbrida que reúne los beneficios de las fundaciones de gravedad y las fundaciones tipo jacket que lo denomina Fundación tipo Jacket Gravitatorio.

«Las fundaciones gravitatorias suelen ser relativamente pesadas y construidas con un material rentable – sistemas de hormigón, hormigón armado – y si nos fijamos en el nivel de costos para el hormigón armado, es bastante eficaz en comparación con el acero, pero tiene la desventaja de ser extremadamente pesado y, en algunos casos, demasiado pesado para maniobrar «, expresó Møller.

Según Møller, Siemens cree que la solución de base más rentable disponible hoy en día para las turbinas eólicas en tierra firme -al menos para el mercado europeo- podría ser una base gravitatoria. Describió el punto de partida como un «hongo» inverso que está enterrado en el suelo, y la turbina está instalada en el «tallo del hongo». Es la base clásica en tierra.

Siemens ha estado buscando una manera de aprovechar la rentabilidad de esa fundación para proyectos de estructuras para turbinas eólicas marinas.

«Nuestro punto de partida era, ¿se puede intentar poner una versión más pequeña de una fundación en tierra encima de un diseño tipo jacket, para conseguir que el trabajo, y el peso de la fundación sea una ventaja para la estructura completa y tal vez para la interfaz del suelo en el lecho marino? » Møller dijo, agregando que la respuesta hasta ahora es, «sí».

Los beneficios se ponen de manifiesto cuando se utiliza una interfaz de cimentación de cubeta o cajón de succión, un sistema de anclaje para la turbina que se asemeja a una cubeta volcada que se coloca en el fondo marino. El agua es succionada del cubo para disminuir la presión y hundir el cubo en el lecho marino.

Según Møller, hay un beneficio general de tener la fundación pesada en la parte superior de la cubeta para que pueda iniciar el proceso de succión.

Al diseñar la fundación híbrida de las estructuras para turbinas eólicas, Siemens analizó el precio del acero y del hormigón.

«Todavía no hay muchos sistemas diferentes tipo jackets diferentes de estructuras para turbinas eólicas marinas, aunque esperamos que aumenten, pero si comparas el costo de una de estas piezas de transición de acero relativamente complejas (TP) con el costo del TP de concreto que diseñamos hasta ahora, vemos que el TP de hormigón es aproximadamente la mitad del precio de un TP de acero, incluso a precios de acero realmente bajos «, dijo Møller.

Los resultados de esa comparación de costos «nos abrió los ojos», dijo.

El objetivo de Siemens es reducir en un 35 por ciento el nivel de costo de energía (LCOE) para proyectos eólicos offshore en los seis años de 2014 a 2020.

«Las turbinas eólicas cuentan con el 27 por ciento del LCOE y contribuyeron bien a la reducción de costos, pero sabemos lo que necesitamos hacer para obtener el último 10 por ciento con las otras palancas, y la participación de las fundaciones en LCOE sigue siendo de 18 por ciento», dijo Møller. «Creemos que la reducción de costos del 40 por ciento es absolutamente razonable en la fundación, incluyendo la instalación».

Møller señaló que el sitio de Nissum Bredning no es óptimo para la prueba de estas nuevas fundaciones porque es un sitio muy poco profundo – entre 2 y 6 metros de agua. Las fundaciones tipo jacket son las más adecuadas para aguas más profundas.

«Decidimos aplicar fondos para hacer la prueba de todos modos, porque podríamos ver muchos beneficios en demostrar algunos de los elementos de nuestra fundación», dijo.

Según Møller, Siemens cree que los monopilares son los más rentables para proyectos offshore hasta una cierta profundidad de agua – aunque no hay una profundidad fija donde un sistema es mejor que el otro porque depende del ambiente, como la altura de las olas, el viento, y las condiciones del suelo.

«Esperamos que las turbinas más grandes, tal vez mucho más grandes que las que tenemos hoy en día, tendrán mucho mejor potencial de costo si están sobre jackets en el futuro, hemos aprendido que este concepto parece a escalar muy bien», dijo. «Así que es por eso que estamos haciendo lo que podemos para aprender tanto como sea posible en jackets a pesar de que es un sitio poco profundo.»


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