La energía del mañana. Las megaturbinas eólicas se mudan al mar

El 16 de julio la petrolera Royal Dutch Shell y Scottish Power, una subsidiaria de la eléctrica española Iberdrola, hicieron un anuncio. Dijeron que conjuntamente estaban presentando propuestas a las autoridades británicas para construir, frente a la costa de Escocia, el primer complejo a gran escala de granjas eólicas flotantes del mundo. En la actualidad, el mayor proyecto de granja flotante cuenta con seis turbinas y 50 MW que debe completarse el mes entrante en el mar del Norte, a 15 km de Aberdeen. El consorcio de Shell e Iberdrola, en cambio, ha dicho que está pensando en términos de gigawatts (GW).

Las granjas eólicas en el mar con cimientos en el suelo oceánico ahora son parte de la mezcla de energía en varios lugares. En los últimos cuatro años su capacidad se ha casi duplicado, de 19 GW a 35 GW, y los costos amortizados han caído un tercio, de US$120 por megawatt hora a US$80. Pero es limitada la capacidad de desplegarlas, estando restringidas a aguas de menos de 60 m de profundidad.

Desgraciadamente el 80% de los vientos marinos del mundo soplan en lugares mucho más profundos. Hacer accesibles estos vientos permitiría obtener suficiente energía como para cubrir 11 veces las necesidades probables de electricidad del mundo en 2040. El truco consiste en construir turbinas que, aunque ancladas al fondo marino, floten. Si Shell y Scottish Power pueden concretarlo, será un gran paso adelante hacia aprovechar ese potencial.

Soplando en el viento

Hace una década la tecnología de turbinas flotantes era algo marginal. La dificultad no estaba en las turbinas mismas, sino en hacerlas flotar. La industria del petróleo y el gas desde la década del ‘60 desarrolló una variedad de bases flotantes que podían mantener objetos titánicos, como maquinaria de perforación, estable en el mar. Pero transferir ese conocimiento tecnológico a la energía eólica no era algo simple. Primero, a diferencia de los equipos de perforación petrolera, la turbina eólica es alta y de cabeza pesada, lo que la hace proclive a volcarse. En segundo lugar, las turbinas generan poderosas fuerzas giroscópicas que desestabilizarían una máquina flotante. En aquellos tiempos era difícil de ver cómo estos problemas podrían resolverse a suficientemente bajo costo como para competir con turbinas sujetadas al piso oceánico, mucho menos con fuentes de energía convencionales.

Ya no es así. Una década de desarrollo ha producido dos cosas: la prueba de que las turbinas pueden flotar, y claridad respecto de cómo podrían verse estas unidades flotantes. Los ingenieros lograron esto a través de la paciente producción de prototipos. Tomaron diseños previamente puestos a prueba en piletas de olas universitarias y aumentaron la escala con unidades de demostración frente a las costas de Noruega, Portugal y Japón.

Cada unidad, cargando sensores, reunió datos sobre variables como movimiento, velocidad del viento y altura de las olas. Estos datos fueron entonces incorporados a diseños de unidades más grandes y más estables. Los resultados, visibles en modelos más nuevos frente a las costas noruegas y portuguesas, pueden sostener a flote con seguridad turbinas cuatro veces más poderosas que sus predecesoras. Los ingenieros por tanto consideran resuelto el problema de la flotación. “Las turbinas funcionan bien. No se dan vuelta. Puede lograrse”, dijo Alla Winstein, pionero del campo que ahora busca obtener permisos para una granja eólica flotante frente a la costa de California.

Cuatro enfoques

En el último tiempo han aparecido cuatro enfoques de la flotación. El más común es el de una turbina semisumergible. Principle Power, una compañía estadounidense, es una firma que desarrolla este modelo. Las semi sumergibles tienen varios diseños. La de Principle usa un triángulo de acero boyante que tiene tambores llenos de agua en dos de sus vértices. Estos tanques de lastre contrapesan la turbina que está en el tercer vértice, con agua bombeada por el triángulo para ajustar la estabilidad.

Una segunda alternativa es colocar una turbina en una botella llamada spar, llena de lastre pesado, para hacer que flote erguida. La firma noruega Equinor hace esto colocando la turbina sobre un tubo de cemento de 80 metros de altitud que contiene agua, rocas o algún otro material barato y pesado.

Otras dos variantes están menos desarrolladas pero pueden demostrarse útiles. Glosten, una firma de ingeniería estadounidense que se asoció con General Electric, usa una plataforma de patas de tensión. Esta es una estructura de acero con forma de estrella y una turbina en su centro. La estrella de mar es sumergida y anclada al piso oceánico con cables.

Este arreglo, similar a la plataforma Magnolia de aguas ultra profundas, que está perforando en el golfo de México, sostiene a la turbina erguida. Y BW Ideol, una firma noruega, erige la turbina sobre una barca de concreto o acero plana que se asemeja un cuadro de pintura vacío. Cuando la turbina se mueve, el agua se agita dentro del marco, conteniendo su movimiento. La compañía sostiene que su prototipo, frente a la costa de Japón, ya ha sobrevivido a tres tifones.

Just do it

Los desarrolladores de proyectos ya han visto lo suficiente como para convencerse. Aunque las propuestas del consorcio de Shell-Scottish Power (que no hacen mención de un enfoque tecnológico preferido) son las más ambiciosas hasta ahora, pero no son las primeras. Además del conjunto de 50 MW de Aberdeen, propiedad del Grupo Cobra, una compañía constructora española que usa el diseño de Principle, Equinor ha comenzado la construcción de un proyecto de 11 unidades y 88 MW, que dará energía a un grupo de plataformas de perforación en el Mar del Norte. Total, una compañía de petróleo y gas francesa, y Green Investment Group, una filial para el desarrollo de proyectos del banco Macquarie, piensan comenzar a trabajar en un proyecto eólico flotante de 500 MW frente a la costa de Corea del Sur para 2023, aunque ellos tampoco han especificado que tecnología piensan usar.

Obviamente las granjas más grandes requieren más turbinas. Pero también, idealmente, requieren turbinas más grandes. Y cuanto más grande es una turbina, más difícil es de mantener. Las turbinas eólicas ocasionalmente necesitan el reemplazo de partes grandes, como aspas o generadores. Eso es un desafío en tierra firme. Pero en tierra una grúa puede apoyarse en la tierra. En el mar naves “grúa” logran estabilidad similar bajando patas metálicas al piso oceánico. Las turbinas flotantes sin embargo operarán en aguas demasiado profundas para naves con patas, por lo que cualquier embarcación que haga el mantenimiento tendrá que mantenerse también a flote. “Son dos estructuras en movimiento y va a haber qué pasar la carga de una de estas estructuras en movimiento a otra” dijo Olav-Bernt Haga, un director de proyecto de Equinor. Esto será demandante en términos técnicos y por tanto difícil de hacer a bajo costo.

Un grupo llamado Floating Wind Joint Industry Project (Fwjip) cuya tarea es difundir cuestiones de interés colectivo, considera que este es un problema urgente. Este grupo está integrado por 17 constructores de proyectos y el Carbon Trust, una consultora sin fines de lucro con sede en Gran Bretaña.

En un análisis publicado el año pasado el Fwjip dijo que las turbinas eólicas están alcanzando los límites físicos de lo que puede manejarse en el mar. La industria petrolera tiene una cantidad de barcos con capacidad para manejar objetos pesados y que trabajan en aguas profundas. Pero estos están optimizados para el peso, no la altura, y su alquiler es costoso.

La industria eólica flotante necesita nuevas respuestas o podría encontrarse paralizada, tanto literal como metafóricamente.

Afortunadamente hay desarrollos en curso. Abordan el problema con dos enfoques amplios: elevar y trepar. Un ejemplo de lo primero es Owl Heavy Lift, una compañía holandesa, que ha comenzado a trabajar en el Owl-010, un buque dedicado al mantenimiento eólico. El que trabaje con turbinas eólica flotantes debe contender con las olas. Un movimiento suave en la superficie puede generar un movimiento traicionero en lo alto. El Owl-010 reduce este efecto usando software de compensación de movimiento que estabiliza la posición del gancho de la grúa a un margen de 5 cm. Esto funciona incluso cuando el gancho está a 150 m por sobre el nivel del mar.

Pero el costo de tales embarcaciones parte de US$250 millones y el costo implica que la industria tendría que compartir una pequeña cantidad de naves, lo que representa un cuello de botella para el crecimiento. Es por eso que algunos proponen dejar de extenderse para alcanzar las turbinas y en cambio empezar a treparlas.

Alcanzar el cielo

Las grúas trepadoras, que trepan junto con el objeto que están construyendo, a menudo se utilizan para construir rascacielos en tierra. No se han probado en el mar, pero varios grupos están desarrollando versiones que podrían servir a la energía eólica flotante. SenseWind, una firma de Cambridge, Inglaterra, por ejemplo, sugiere poner vías sobre los costados de las torres de turbinas. Esto permitiría a un barco amarrarse a un costado, colocar un carro de mantenimiento en las vías y así hacer subir y bajar partes grandes por la torre.

Otros proponen alzar desde la turbina misma. La mayoría de las turbinas tienen una grúa pequeña para ítems livianos. Liftra, una compañía danesa, usa esto para elevar grúas progresivamente más grandes. La más grande cabe en un contenedor de transporte naviero estándar de 12,2 m. Una vez asegurado, sostiene la compañía, este arreglo es tan poderoso como una grúa externa convencional. Alternativamente, como propone Conbit, un contratista holandés, llevar unas pocas partes metálicas y cables a la cima de la torre permitiría crear una grúa pesada temporaria sobre la turbina.

Ninguna de estas tecnologías ha superado la etapa de prototipo pero pueden demostrarse valiosas para las mega turbinas del mañana, sean fijas o flotantes. Pero para las turbinas flotantes puede existir una alternativa.

A diferencia de las turbinas fijas pueden ser desenchufadas y arrastradas hasta la costa. Recientes análisis patrocinados por el Fwjip sugieren que lo mejor en circunstancias individuales puede depender de la ubicación. Si una turbina flotante está cerca de la costa puede ser lo más fácil arrastrarla a un puerto para su reparación. Si está lejos, aparatos exóticos como el Owl-010 o las grúas trepadoras pueden funcionar mejor.

Lo positivo de todo esto es que pronto puede ser posible extraer mucha más energía eléctrica del viento, hacerlo sin cubrir colinas con turbinas, y obtener ganancias. Y eso basta para llenar de viento cualquiera vela.