La reducción de costes, factor clave en el desarrollo de la eólica marina en Europa

La energía eólica marina gana importancia año a año: hoy representa alrededor de un 3% de la capacidad eólica instalada en el mundo, según el Consejo Global de Energía Eólica (GWEC, en sus siglas en inglés). Esta tecnología consiste en aprovechar la velocidad del viento para obtener energía, al igual que la terrestre, pero su principal diferencia es que los aerogeneradores se ubican mar adentro. De esta manera, la capacidad para generar electricidad es mayor, dado que la velocidad del viento es mayor y más constante, y por lo tanto, el recurso eólico es entre un 30 y un 50% superior en el mar que en la tierra.

En el mundo hay instalados 12.107 MW de energía eólica offshore y más del 91% de esa cifra se encuentra en el norte de Europa (11.028 MW), donde 3.230 aerogeneradores están en funcionamiento, según GWEC. El potencial de la energía eólica marina es enorme ya que podría cubrir siete veces la demanda energética de Europa. Por desgracia, España se está quedando atrás debido a que la orografía de la costa es complicada ya que su plataforma continental es prácticamente inexistente por lo que se alcanzan profundidades elevadas a poca distancia de la costa, lo que encarece los costes de instalación. En el lado contrario, están Dinamarca y Reino Unido donde se dan las condiciones idóneas para la instalación de este tipo de tecnología.

Kilian Rosique, director técnica de la Asociación Empresarial Eólica (AEE). Foto: Salvador Fenoll.

Pero esta modalidad de energía eólica también presenta inconvenientes. El más importante es la dificultad en la instalación y la realización de tareas de mantenimiento de los parques marinos en comparación con los terrestres. La inversión necesaria para la instalación es superior que en tierra ya que se necesitan medios más especializados y costosos. Lo mismo ocurre con el mantenimiento ya que el mar es un medio más agresivo para la estructura del aerogenerador y las condiciones meteorológicas dificultan el acceso a la máquina, por lo que es de 2 a 3 veces mayor que en tierra. Según el estudio 2014-2015 Offshore Wind Technologies Market Report del thinktank americano NREL, el coste medio de un aerogenerador offshore en el mundo fue alrededor de 4,5 millones de €/MW en 2015. En condiciones normales de funcionamiento, los costes de mantenimiento son entre 40 y 60 €/MWh. Por lo tanto, los operadores de parques eólicos marinos necesitan minimizar los fallos a lo largo del año para reducir los costes de mantenimiento.

Con este propósito de reducir los costes, nació en 2014 el proyecto europeo TowerPower. Esta iniciativa, que tendrá una duración de tres años con un presupuesto cercano a los 2 millones de euros, tiene como objetivo desarrollar un sistema de monitorización remoto en tiempo real para diagnosticar el envejecimiento de la estructura de los aerogeneradores offshore. En el proyecto, cofinanciado por la Comisión Europea a través de la convocatoria del Séptimo Programa Marco, participan 12 socios que son empresas y asociaciones del sector eólico europeo.

TowerPower proporcionará a los propietarios de los parques eólicos, operadores y a las compañías aseguradoras datos valiosos sobre el estado de las torres de los aerogeneradores. De esta manera, se disminuirá la incidencia de reparaciones y reemplazos, así como el tiempo de inactividad durante sus fases operativas. Asimismo, el proyecto proporcionará una mejor práctica y un enfoque estándar para métodos de ensayo que añadirá gran valor para el sector eólico, ya que no existen estándares actualmente.

Condiciones de monitorización en aerogeneradores offshore.

Los trabajos de TowerPower están centrados en un Sistema de Monitorización Continuo Estructural de la torre y de la estructura de soporte de las turbinas eólicas flotantes y estáticas en el mar.

Este sistema de monitorización empleará una novedosa integración de técnicas de ensayos no destructivos y de comunicación electrónica avanzada que se basa en una red de sensores de diversa naturaleza, en la amplificación electrónica y en algoritmos de procesamiento de señal avanzada. De esta manera, el sistema permitirá el autoaprendizaje del comportamiento de la estructura mediante su control continuo para detectar la evolución de su degradación y se anticipará cuando un componente tenga que ser reemplazado. Por lo tanto, el sistema evitará fallos totales e implementará el mantenimiento predictivo, que limita considerablemente los costes de operación y mantenimiento al reducir el mantenimiento.

La conectividad inalámbrica en tiempo real permitirá al sistema TowerPower ser utilizado para monitorizar las condiciones de toda la estructura del aerogenerador offshore en tierra, teniendo en cuenta la naturaleza impredecible de las condiciones en alta mar. Para ello, se han seleccionado técnicas combinadas para la verificación de daños, el deslizamiento de estructuras de torres y las articulaciones de apoyo. Estas técnicas incluyen la emisión acústica y las ondas guiadas para detectar defectos en la estructura metálica, la desunión entre la estructura metálica y la pieza de transición.

A través de experimentos basados en fuentes acústicas y ondas guiadas, se ha demostrado que las ondas direccionadas permiten una buena transmisión de energía a pesar de la alta disipación de la lechada. Por otra parte, las simulaciones mostraron que esta técnica detecta defectos en el acero (pieza de transición y de la torre), pero también desunión entre la lechada y el acero.

Las mediciones que se han llevado a cabo y los resultados de la velocidad de propagación y atenuación observados permiten la correlación con las simulaciones. Se ha demostrado que el principal modo de propagación en la estructura es el de cizalladura tanto para emisión acústica como para onda guiada. La propagación no dispersa permitirá una localización muy precisa de los defectos.

Propagación de onda de emisión acústica y de onda guiada.

El uso de la viscosidad en masa lineal en simulaciones ha permitido la correlación de la atenuación de la onda de emisión acústica con las mediciones. Simulaciones posteriores de la propagación de la onda de emisión acústica en la estructura de la torre han tolerado la determinación de la superficie de base de los niveles de ruido, la amplitud mínima de la señal de la fuente de emisión acústica y la localización.

La energía eólica marina es una tecnología relativamente nueva, por lo que sus costes se acabarán reduciendo. Mientras que la electricidad de los parques eólicos terrestres ya es más barata que la energía convencional en cada vez más países, los costes más altos de la eólica marina son su mayor reto. Sin embargo, según un estudio encargado a Ernst & Young en 2015 (Offshore Wind in Europe: Walking the Tightrope to Success), el coste de la energía eólica marina podría reducirse a 90 €/MWh en 2030. Este informe indica que el sector reducirá el coste nivelado de la energía (Levelized Cost of Energy-LCOE) a 100 €/MWh en 2020, y para entonces la capacidad instalada acumulada en aguas europeas será de 23.500 MW.

La eólica marina es un componente esencial del objetivo vinculante de Europa para alcanzar el 20% del consumo final de energía a partir de fuentes renovables. Además, poco a poco se va incorporando a la planificación energética de los gobiernos de todo el mundo: China se ha fijado objetivos ambiciosos para las instalaciones de su costa en 2020, y Estados Unidos tiene excelentes recursos eólicos en alta mar, con muchos proyectos que están en desarrollo. Gracias al avance de proyectos como TowerPower, esta tecnología podrá ser, a medio plazo, más competitiva en costes.