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El diseño de turbinas eólicas genera innovación en el sector energético

El cambio climático exige una generación de energía más barata y eficiente utilizando medios renovables. Un grupo de investigadores ha diseñado unas grandes turbinas eólicas marítimas de entre 10 MW y 20 MW innovadoras para satisfacer estas necesidades.
El diseño de turbinas eólicas genera innovación en el sector energético
El cambio climático significa que los países de todo el mundo se enfrentan al reto de adoptar una generación de energía renovable que sea eficiente y con un coste muy inferior al que tienen las actuales opciones de generación de energía. El viento es una de esas fuentes renovables, pero todavía debe mejorarse la eficiencia de las turbinas eólicas mediante diseños que también reduzcan los costes.

Trasladarse a mayores profundidades de agua con turbinas más grandes representa el siguiente gran paso para la generación de energía eólica marítima. Las condiciones ambientales más difíciles exigen una alternativa a los diseños convencionales con el fin de garantizar la fiabilidad y la rentabilidad.

Prueba de concepto del diseño de turbinas

El proyecto financiado con fondos europeos INNWIND.EU se proponía diseñar unas turbinas eólicas marítimas de entre 10 MW y 20 MW de última generación y demostrar el comportamiento de los componentes de la innovación.

Se logró el objetivo desarrollando unos rotores innovadores, los componentes del tren de transmisión y unas subestructuras fijas y flotantes que reducen los costes de la generación de energía. El equipo redujo más de un 30 % el coste normalizado de la energía (LCOE) de las turbinas eólicas marítimas de 20 MW en comparación con las turbinas eólicas marítimas de 5 MW del inicio el proyecto.

El equipo de INNWIND.EU logró, asimismo, reducir la fatiga de la carga de las turbinas, a la vez que aumentó la producción de energía utilizando nuevos rotores y controles avanzados para reducir el LCOE.

Para demostrar la eficiencia y la innovación de sus diseños, el equipo realizó tests de prueba de concepto de componentes individuales de la turbina. Para ello, probaron innovaciones clave tales como unas palas inteligentes, unos generadores de transmisión directa pseudomagnética (PDD, por sus siglas en inglés) y unos generadores superconductores.

Trabajaron con socios del sector para probar las bobinas superconductoras fabricadas por Siemens Wind Power y el generador de PDD fue probado por Magnomatics. El equipo fabricó unas palas inteligentes a pequeña escala y las probó en una instalación de pruebas flotante. Simularon el rendimiento de la pala inteligente en turbinas eólicas comerciales en estrecha cooperación con Suzlon.

El proyecto no estuvo exento de dificultades, como comenta el jefe de equipo Peter Jensen. «En el segundo año del proyecto (en 2013), Suzlon tuvo que reducir considerablemente su participación, debido a la crisis financiera que afectó distintos mercados», explica. El equipo se vio obligado a buscar otro socio para que asumiera las pruebas de las palas inteligentes, mientras que Suzlon ayudó a simular el rendimiento de las palas inteligentes en turbinas comerciales.

Tres categorías de diseño

INNWIND.EU desarrolló sus diseños de turbinas innovadoras para reflejar tres categorías importantes, que Jensen describe como «evolutiva, radicalmente nueva y revolucionaria». Lo explica con mayor detalle, diciendo lo siguiente: «Evolutiva hace referencia a la tecnología del sistema y los componentes en que el nivel de preparación tecnológica está próximo al mercado».

La tecnología radicalmente nueva es la tecnología que todavía debe someterse a pruebas en el laboratorio y de la que el sector debe aprobar la prueba de concepto. Las dos turbinas de dos palas a barlovento y sotavento con cadenas de tracción no convencionales que el equipo ha desarrollado pertenecen a esta categoría. El proyecto desarrolló los diseños de turbinas eólicas flotantes con ejes verticales y multirrotores como tecnología revolucionaria.

Margen de mejora

Avanzando, Jensen explica que el equipo estudia la evolución del mercado de la energía eólica marítima, pasando a la demostración de las turbinas eólicas de entre 12 MW y 14 MW. Tras haber desarrollado turbinas eólicas flotantes de 10 MW, el equipo de INNWIND.EU prevé seguir investigando sobre las funciones de las turbinas eólicas flotantes de 20 MW.

Los resultados del proyecto han fomentado el desarrollo de una turbina eólica marítima de 20 MW con investigación aplicada dirigida a un diseño y fabricación eficientes.

Palabras clave

INNWIND.EU, turbina eólica, diseño de turbinas, viento en alta mar, pala inteligente, generación de energía, tren de transmisión, energía eólica
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