Rogier Blom, ingeniero principal senior de controles y optimización de GE Global Research, y sus colegas han diseñado una versión flotante de 12 megavatios del Haliade-X, la turbina eólica marina más poderosa en funcionamiento en la actualidad.
El concepto requiere turbinas de 260 metros de altura con un diámetro de rotor de 220 metros que pueden generar cada una 67 gigavatios-hora de electricidad al año. Sólo una de las máquinas podría producir suficiente electricidad para alimentar el equivalente a 16.000 hogares estadounidenses. La propuesta viene con controles avanzados que podrían permitir su instalación en aguas costeras profundas.
El programa ATLANTIS de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía ( ARPA-E ) del Departamento de Energía de EEUU patrocina el concepto, que GE desarrolló en asociación con Glosten, uno de los principales innovadores de la industria marina.
Según las proyecciones del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), la capacidad de producción potencial total de los parques eólicos marinos estadounidenses es casi el doble del consumo de energía anual total del país de 4.000 teravatios-hora (TWh) por año. De eso, el 42% podría provenir de turbinas marinas tradicionales de base fija que se pueden instalar a profundidades de menos de 60 metros. Pero el 58% restante de la potencia total está bloqueado en áreas oceánicas de aguas profundas con vientos fuertes y constantes donde las turbinas de base fija son técnicamente difíciles de instalar y no son económicamente viables.
Hacer flotar máquinas tan enormes no es una tarea sencilla. Para empezar, el equipo tuvo que colocar las turbinas en plataformas flotantes, los llamados flotadores que llevan el tremendo peso de las turbinas y responden al movimiento constante de los mares y el viento, explica Blom.
“Construir una turbina eólica flotante es como poner un autobús en un poste alto y mantenerlo en posición vertical, flotando y estable sin importar las condiciones a las que se enfrente”, dice. “Es por eso que la dinámica de la plataforma acoplada y la dinámica de la turbina deben considerarse en el diseño”.
La industria del petróleo y el gas ha empleado durante mucho tiempo plataformas flotantes en alta mar, y la práctica común es diseñar la plataforma y lo que va encima de ella de forma independiente entre sí. Sin embargo, esto conduce a diseños de plataformas pesadas que aumentan el costo de la energía eólica marina flotante.
En cambio, el plan de Blom exige que la turbina eólica Haliade-X de 12 MW se coloque sobre una “plataforma liviana de tres patas con patas de tensión accionadas” diseñada con Glosten. Los “tendones activos” mantienen la plataforma fijada de forma segura al fondo marino, al tiempo que le permiten montar olas grandes y reducir la magnitud de la carga mecánica general.
El concepto de GE se basa en lo que se llama codiseño de control, en el que todo el sistema, la turbina y la plataforma, así como los algoritmos de control, se diseñan en conjunto. Esto, a su vez, permite evitar poner masa adicional en el sistema para soportar fuertes vientos y olas, lo que resulta en un menor costo nivelado de energía (LCOE), que es el precio efectivo de la electricidad generada con la tecnología eólica marina flotante resultante.
Aún faltan años para una armada flotante de parques eólicos marinos que suministren energía a las ciudades estadounidenses, pero la tecnología representa una nueva fuente renovable de electricidad potencialmente abundante. “Si realmente desea alcanzar sus objetivos de descarbonización y utilizar la energía eólica, y en particular la eólica marina”, dice Blom, “la energía eólica flotante se convertirá en un factor clave para lograrlo”.