Diseño de amarres optimizado por ordenador para aerogeneradores flotantes
Los aerogeneradores flotantes marinos podrían hacer una mayor contribución a la lucha contra el cambio climático, al aprovechar el gran potencial de la energía eólica en alta mar. Uno de los obstáculos es que, a grandes profundidades, los amarres tradicionales de los aerogeneradores no son viables, sobre todo por su longitud, lo cual dificulta la instalación y el mantenimiento de las cimentaciones fijas al fondo. En cambio, los aerogeneradores flotantes son móviles por definición y, por tanto, pueden instalarse en una mayor variedad de lugares, lo que significa que pueden aprovechar vientos más fuertes y estables en alta mar. Sin embargo, los aerogeneradores flotantes siguen presentando una serie de retos de ingeniería. «Sus estructuras interactúan de manera compleja con el aire y el agua circundantes, mientras que la interacción del sistema de amarre con el lecho marino resulta muy complicada. Por tanto, las soluciones flotantes suelen ser más caras y exigentes desde el punto de vista técnico que los aerogeneradores anclados al fondo», explica Shengjie Rui(se abrirá en una nueva ventana), beneficiario de una beca de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) (MSCA, por sus siglas en inglés) e investigador principal del proyecto MLSITDAIAFWT, que empleó simulaciones por ordenador para mejorar el diseño de los amarres de aerogeneradores flotantes. Uno de los objetivos principales del proyecto era determinar cómo las interacciones entre las líneas de fondeo y el lecho marino pueden crear zanjas que reducen la capacidad de anclaje.
El primer modelo informático preciso de las cargas de anclaje
El equipo de MLSITDAIAFWT, financiado por las MSCA, combinó experimentos de laboratorio con simulaciones por ordenador en el Instituto Geotécnico Noruego(se abrirá en una nueva ventana), entidad de acogida del proyecto, y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología(se abrirá en una nueva ventana), entidad socia del proyecto. En primer lugar se llevaron a cabo experimentos de laboratorio, denominados «pruebas de penetración con barra en cadena», para estudiar cómo se deforman y erosionan los fondos marinos arcillosos debido al movimiento repetido de los componentes de las líneas de fondeo. «El principal descubrimiento fue que las estructuras móviles cortan y perturban repetidamente el suelo, ablandan la arcilla y reducen la integridad y resistencia del fondo marino, creando así zanjas», agrega Rui. En combinación con los datos de la bibliografía publicada, estos resultados de laboratorio se utilizaron para calibrar un modelo numérico de las interacciones entre las líneas de fondeo y el fondo marino. A continuación, los datos se introdujeron en el programa SIMA(se abrirá en una nueva ventana) para llevar a cabo análisis de sistemas integrados de estas interacciones. Las mediciones mostraron que la porción enterrada de una línea de fondeo altera de manera significativa la tensión tanto en el cabrestante guía (accesorio que dirige la cadena) como en el anclaje de acero inoxidable (placa y anilla para fijar la cadena), lo que afecta al rendimiento global del sistema de amarre. «Hasta donde sé, este es el primer modelo que permite a los diseñadores calcular directamente las cargas sobre los anclajes como parte de los análisis a nivel de sistema, teniendo en cuenta los efectos de la línea enterrada. En último término, nuestro estudio ayudará a mejorar la fiabilidad de los sistemas de fondeo, reducir los costes de mantenimiento y hacer que los aerogeneradores flotantes sean más viables», comenta Rui.
Favorecer los objetivos de energía limpia y la innovación marina
Al garantizar una mayor fiabilidad de la tecnología eólica flotante, la investigación del proyecto MLSITDAIAFWT promoverá la generación de energía renovable a gran escala en aguas profundas, lo que contribuirá a reducir las emisiones de CO2 y la dependencia de los combustibles fósiles, así como apoyar los objetivos en materia de energía limpia de la Unión Europea(se abrirá en una nueva ventana). «Con aplicaciones que incluyen parques eólicos flotantes comerciales, sistemas energéticos híbridos offshore y soluciones avanzadas de fondeo para infraestructuras marinas, la tecnología también impulsa innovaciones en ingeniería oceánica, al tiempo que fomenta un desarrollo más amplio de los recursos marinos», señala Rui. Tras haber presentado ya los resultados del proyecto en diferentes actos, incluida una conferencia plenaria en un importante congreso internacional en Francia(se abrirá en una nueva ventana), Rui está aplicando directamente el modelo del proyecto al diseño de aerogeneradores flotantes, validando su rendimiento en supuestos reales de ingeniería. «Si el modelo mejora de manera consistente la precisión y eficiencia del diseño, los métodos y hallazgos del proyecto podrían incorporarse a las normas industriales y a las guías de diseño de los sistemas de amarre para aerogeneradores flotantes», concluye Rui.