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Development of screw anchors for floating Marine Renewable Energy system arrays incorporating anchor sharing

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Parques eólicos flotantes en alta mar gracias a las anclas de tornillo

Científicos de la UE están obteniendo más datos sobre el funcionamiento de las anclas de tornillo en el arenoso fondo marino. Como parte de un sistema de amarre, podrían permitir la instalación de parques eólicos y dispositivos de energía undimotriz en alta mar, contribuyendo así a que Europa alcance sus objetivos de energías renovables mediante instalaciones con un bajo impacto medioambiental.

Energía

Cuando los ingenieros civiles de la Universidad de Dundee, en Escocia, comenzaron a estudiar si los parques eólicos marinos podrían compartir anclas, pensaban dedicar su tiempo a valorar conjuntos de dispositivos y el mejor modo de organizar una multitud de molinos de viento gigantes que se balancean en medio del mar. Pero, según el proyecto SAFS fue avanzando, su investigación adoptó un enfoque más orientado hacia lo básico y se centraron en los mejores modos de instalar un ancla de tornillo y de predecir cómo resiste a los movimientos. «Lo principal es comprender cómo se comportan las anclas de tornillo en la arena», comenta Jonathan Knappett, profesor de Ingeniería civil en Dundee y coordinador de SAFS. «Si queremos alcanzar los ambiciosos objetivos en materia de energías renovables, debemos adentrarnos mucho más en el mar, donde los sistemas de cimientos actuales no serán rentables; por tanto, necesitamos una solución que flote». A medida que los parques eólicos se instalan a mayor profundidad, la cuestión de qué cimientos físicos utilizar se vuelve más complicada y costosa. El equipo de SAFS considera que las anclas de tornillo, unos ejes de acero con una hélice en un extremo que podría servir para anclar una turbina eólica flotante, son parte de la solución. «Una de las principales ventajas de estas anclas es que se pueden instalar con un nivel muy reducido de ruido y vibraciones, al contrario que los pilotes hincados», comenta el investigador principal de SAFS, Benjamin Cerfontaine, que emprendió la investigación con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie.

Instalación respetuosa con las ballenas

Las anclas de tornillo no solo son mejores para los animales marinos, sino que la hélice proporciona una fuerte capacidad de tracción o de agarre, pudiendo reducir el peso del ancla en un 35-50 % en comparación con los pilotes convencionales. Pero no hay métodos de diseño aceptados de forma generalizada que puedan predecir su comportamiento durante la instalación y a lo largo de su vida útil. SAFS ha desarrollado un procedimiento numérico, validado con pruebas experimentales, para calcular la relación de la carga frente al desplazamiento de forma más precisa. «Esto nos permite valorar la capacidad, pero también la rigidez, que es importante para el rendimiento dinámico de la turbina flotante», comenta Cerfontaine.

Trabajar con limitaciones

El equipo también desarrolló una metodología simplificada para optimizar el diseño de las anclas teniendo en cuenta las limitaciones técnicas y estructurales, tales como una máquina de instalación de tamaño reducido. «Solo podemos realizar un número limitado de experimentos, pero los ingenieros sobre el terreno deberán adaptar sus diseños a una gran variedad de condiciones», explica Knappett. «Les estamos dando un punto de partida: el tamaño y forma del ancla que deben emplear. Después, pueden ajustar el diseño con el procedimiento numérico». Han instalado modelos de anclas de tornillo a pequeña escala dentro de una centrifugadora geotécnica para reproducir su comportamiento en el mar. Esto está contribuyendo a optimizar el diseño, pero también a realizar cambios para mejorar el proceso de instalación. Los requisitos técnicos para instalar grandes anclas de tornillo en alta mar actualmente superan las capacidades del equipo convencional, por lo que es esencial reducirlos. Aunque el proyecto SAFS ya ha concluido, el equipo de investigación en Dundee ha logrado obtener financiación industrial de seguimiento para proseguir con la investigación gracias a sus resultados. «Estamos valorando cambiar el proceso de instalación para poder montar un ancla con menos fuerza», añade Knappett, que cree que el desarrollo de unas herramientas de modelización para predecir este factor podría ser uno de los resultados más innovadores de SAFS.

Palabras clave

SAFS, anclas de tornillo, optimización de diseño, en alta mar, parque eólico, turbina eólica, energía undimotriz, energía renovable

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