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SUPerconducting, Reliable, lightweight, And more POWERful offshore wind turbine

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Aerogeneradores de 10MW más ligeros gracias a generadores superconductores

Diez megavatios de potencia es una cifra extraordinaria para las instalaciones eólicas marítimas. Para las turbinas modernas basadas en generadores de imanes permanentes de transmisión directa o engranados, esta cifra es difícil de superar, lo que explica las grandes expectativas que se han depositado en las tecnologías de superconducción. El proyecto SUPRAPOWER está eliminando los obstáculos restantes que se interponen a la implantación de estas tecnologías.

Energía

Las perspectivas de SUPRAPOWER (SUPerconducting, Reliable, lightweight, And more POWERful offshore wind turbine) son fascinantes: un generador de transmisión directa superconductor lo suficientemente ligero, sólido y fiable como para sacar todo el provecho posible en aplicaciones eólicas marítimas. Las turbinas eólicas creadas con esta tecnología serían más pequeñas y baratas, comportarían menos costes de explotación y mantenimiento, ofrecerían más fiabilidad y eficacia y permitirían aprovechar al máximo la conversión energética. «Ya existen o se encuentran en desarrollo varios modelos de generador superconductor, pero varias de las propuestas presentan aún retos técnicos que complican su viabilidad industrial en el complicado sector de la energía eólica marítima. Entre ellos se puede citar el coste elevado del material superconductor y el empleo de fluidos criogénicos —explicó Íker Marino Bilbao, coordinador de SUPRAPOWER—. Nuestro generador superconductor MgB2 los ha superado todos». Un proceso de desarrollo exigente El desarrollo del generador MgB2 no ha sido en absoluto un camino de rosas. «La novedad de la tecnología hace que no exista demasiada experiencia previa en temas como las bobinas rotatorias de MgB2 —explicó Marino Bilbao—. Tuvimos que proceder por fases. Primero creamos dos bobinas de ensayo para validar el diseño y el proceso de fabricación; a continuación, una bobina plana doble a tamaño real para su comprobación; y por último las bobinas a tamaño real». Para el criostato hubo que seguir un camino similar; primero uno de pruebas y, tras obtener los resultados experimentales, se procedió a diseñar los criostatos finales, que ya se encuentran en proceso de fabricación. «Otro reto consistió en que cualquier modificación de un componente afecta a los demás, pues las distintas piezas (bobinas, polos, criostatos, etc.) se armarán en una máquina a escala. La coordinación técnica es fundamental, al igual que dar con fabricantes cualificados para algunos de los componentes, un aspecto más complicado de lo que pensamos en un primer momento». Menos peso El proyecto, que finalizará en mayo de 2017, está cumpliendo los plazos fijados para sus ambiciosos objetivos. El diseño conceptual del generador superconductor ha concluido y el equipo al cargo logró comparar su rendimiento en una turbina eólica con la de un generador de imán permanente. Apreciaron una reducción del 26 % del peso en las piezas activas de la turbina eólica, del 16 % en total si se tiene en cuenta la estructura de apoyo, y del 11 % del peso de la torre, cifras que suponen todo un ahorro en cuanto a costes de transporte e instalación. «Una de las actividades marítimas más complicadas será la instalación de los álabes, pero presenta la misma dificultad en ambos casos», señaló Marino Bilbao. También se diseñó una máquina magnética rotatoria a escala para validar la propuesta de generador de 10MV. Esta consta de un rotor externo y dos bobinas de campo superconductor cuya fabricación se está ultimando. Las dos bobinas están compuestas de una pila de nueve bobinas planas elípticas MgB2 conectadas en serie entre dos planchas gruesas de cobre. Ambas bobinas de campo se cubren con un criostato modular en torno a una barra de hierro de donde se extrae el calor por conducción a través de un colector térmico que sirve de enlace entre las dos bobinas. Los criostatos están todavía en construcción, pero las versiones de pruebas ya se han fabricado y probado. La junta rotatoria ya está diseñada, fabricada y comprobada plenamente. «Ahora estamos fabricando todos los elementos de la máquina a escala y esperamos concluir con su validación experimental en mayo de 2017», aclaró Marino Bilbao. El interés del mercado Los responsables del proyecto aún deben analizar el potencial comercial de la tecnología, pero confían en que su comercialización sea algo más sencilla que la de las turbinas convencionales. El transporte y la instalación pueden realizarse con los equipos ya disponibles y sin apenas diferencias con respecto a los aerogeneradores de potencia similar. Los elementos superconductores presentan una fiabilidad muy alta y su mantenimiento se limita a las bombas de vacío y los crioenfriadores. No obstante, si bien estos componentes ya tienen una larga trayectoria industrial, no se han utilizado nunca antes en este tipo de aplicaciones, y por lo tanto será necesario realizar labores pormenorizadas de mantenimiento y vigilancia en los primeros prototipos a escala real y unidades comerciales. «Si logramos demostrar la viabilidad y las ventajas de este nuevo generador, el siguiente hito será implicar a un fabricante de turbinas o generadores eólicos para desarrollar en mayor medida las tecnologías y probarlas en la escala de los megavatios», concluyó Marino Bilbao.

Palabras clave

Aerogeneradores, escalabilidad de potencia, SUPRAPOWER, superconductor, ligero, refrigeración sin criógeno

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