Torres de Acero

El acero en el sector eólico
Innovación en acero para requerimientos del sector energético
Plataforma Tecnológica Española del Acero Madrid, 3 de diciembre de 2014
José Ángel Díaz Álvarez – Director de Soporte Técnico EDPR
Un líder de mercado con 8,6 GW of de capacidad instalada en todo el mundo, repartida por 12 países en Europa y América
4º operador eólico mundial
4,830 MW
3,685 MW
84 MW
En desarrollo
5.999 Aerogeneradores
13 tecnólogos
32 modelos de turbina
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Índice
Utilización histórica del acero en los aerogeneradores
Situación actual
Problemáticas detectada en las estructuras de acero
Otras tecnologías complementarias/competidoras del acero
Eólica marina (offshore)
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Histórico de la utilización del acero en los aerogeneradores
Siglo XV
moler grano, bombear agua, usados en fabricas de papel.
1888
generar electricidad
1958
Gedser
Sistema de control stall y genedador de inducción
1941
Uso de acero para la torre, góndola e incluso palas
1990
WKA 60, potencias > 1MW
Actualidad
90% de las torres son tubulares de acero
Uso del viento como generador eléctrico = uso masivo uso de acero 1740
Se obtienen los primeros aceros de crisol
1857
1878
1902
Creación del procedimiento Martin‐Siemens
Uso de electricidad para calentar los hornos de acero
Uso de hornos eléctricos para la producción comercial
1948
Desarrollo del proceso del oxígeno básico
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Presente utilización del acero en los aerogeneradores
Actualmente existen prototipos con torres de hasta 140mÆ algunos fabricantes apuntan a que ha alcanzado el máximo posible para torres tubulares de acero.
El procedimiento de diseño, fabricación y montaje es similar desde 30 hasta 100 m de altura.
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Situación Actual ‐ Torres Tubulares Troncocónicas
•Alturas de Buje 80<H<120 (m)
•Tipos de Acero
S355 NL, J0, J2
S235 J2* •Rango de Espesores
14<e<60 (mm)
•Diámetros de Torre
2,3<D<3,9 (m)
•Pesos Totales:
130<P<307 (t) S235 J2 – se utiliza en los componentes secundarios de las torres
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Situación Actual – Sistemas Anclaje
Torre/Cimentación
Sistema con Virola Embebida Tipo Acero
• Bridas y Chapa ‐ S355 NL Espesores
• 40 mm
Peso • ≈ 15 ton
Sistema con Jaula de Pernos
Tipo Acero
• Brida Inferior – S355 J0 • Pernos – M36‐M42 Grado10.9 Peso
• ≈ 9 ton
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Torres de Acero – Ventajas
Historial Amplia experiencia en todas las etapas del proceso Fabricación
Tecnología madura tras el perfeccionamiento y sistematización del proceso de fabricación
Transporte e Instalación
Metodología de transporte y instalación optimizada en plazos y costes Coste/garantía/plazos
Relación coste/garantía de idoneidad/plazos bastante competitivos hasta alturas de 100m
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Torres de Acero – Desventajas
Corrosión
Fabricación
Necesidad de tratamiento superficial. Vigilancia del óxido
Limitaciones de espesores. Dificultades de doblado a partir de 50mm. Gran cantidad de uniones soldadas y atornilladas Problemas para Φ mayores a 4‐
4,30 m
Transporte
Limitaciones Diseño
Precio y disponibilidad
Limitan la competitividad de las soluciones en acero para alturas > 100 m
La flexibilidad de la torre se acerca a los limites del comportamiento dinámico y del riesgo de resonancia
‐
‐
‐
Volatilidad de precios Carencia de materia de prima en algunas geografías dificultades en cumplir con requerimientos de Contenido Local
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Ejemplo de problemática en torre de acero
Defecto en soldadura
¿por qué?
Fallo durante el proceso de fabricación
¿por qué?
Precalentamiento inadecuado
Consecuencia
Creación de martensita (frágil)
Consecuencia
Creación de grieta
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Otras Tecnologías complementarias/Competidoras
Torres Hibridas
• Solución Mixta:
o Torre hormigón + último tramo acero
o Sin limitaciones de Transporte
o Dependen de la logística y suministro de
ambas tecnologías Torres “Full Concrete”
• Solución Integral en hormigón:
o Tipologías de dovelas largas o anillos cortos
o Tecnologías probadas y industrializadas
o Ritmos de montaje más alargados 11
Futuro de la utilización del acero en los aerogeneradores
Torre conchas atornilladas
• Fácil transporte, montaje en campo, menor capacidad de grúa necesaria
• Mayor diámetro
• Menores espesores
• Sin uniones soldadas
• Mayores alturas alcanzables
Torre celosía siglo XXI
• Prototipo 139 m altura, pronóstico de superar los 150m
• Recubrimiento material plástico
• Uniones atornilladas sin necesidad de mantenimiento
• Menor capacidad de grúa necesaria 12
Eólica Marina: El diseño se complica debido a las nuevas condiciones ambiente
En un aerogenerador terrestre las cargas son debidas al VIENTO
En un aerogenerador marino las cargas son debidas al VIENTO y al MAR
•
•
•
•
•
Cargas de olas sobre la estructura.
Impactos de barcos o icebergs
Corrosión
“Scouring”
Crecimiento de flora y fauna sobre la estructura
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Experiencia en Eólica Marina
Beatrice
10MW
(40m,25km)
WindFloat 2MW
(40-50m,5km)
Hywind
2,3MW
(220m,12km)
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Estructuras Actuales en Operación
Ventajas
Aguas poco Profundas – 10m
•
•
Aguas Medianas
10 – 30 m
•
•
•
Aguas Profundas
30 – 40 m
•
Inconvenientes
Suelos blandos y con pendientes
Almacenamiento Comportamiento Fatiga
Precio
•
Fabricación rápida
Alta experiencia
•
•
Instalación
Restricciones con multi‐MW
•
•
Vida a fatiga
Instalación
Estructura Ligera y Redundante
Alta experiencia Oil&Gas
•
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Nuevas tipologías: Reducción Coste, Facilidad de Instalación y operación.
Medio Plazo: Estructuras Híbridas
1) Estructuras sencillas de fabricar
2) Instalación no dependientes de “jack‐up vessels”
3) Mayor facilidad para el adaptación de frecuencias naturales
Largo Plazo: Estructura Flotante
1) Grandes Profundidades > 100 m
2) Fácil Instalación
3) No dependencia de “jack‐up vessels” para grandes correctivos 16
El diseño y construcción de estructuras eólicas marinas es un compromiso entre fiabilidad y coste
Existe una Larga Experiencia y Tecnología del Oil & Gas….
Pero los parámetros son otros…
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Subestructuras. Eólica marina vs. Oil&Gas
•
Se están tomado como bases de referencia lo que estaba desarrollado para el offshore Oil&Gas
•
El mercado de la eólica marina es todavía muy inmaduro
•
La Eólica Marina tiene muchísimas peculiaridades que no están estandarizadas
•
Cada Proyecto es casi un “empezar de cero”
•
Lo anterior es aplicable a todo: desde la concepción del diseño hasta la elección de materiales
•
Preocupación y desconocimiento sobre lo que – pasados 5‐10 años desde que una fundación se instala y entra en operación – va a sobrevivir y lo que va a haber que reponer o cambiar, etc.
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
www.edpr.com