Energía Eólica Offshore: Ventajas, Desventajas y Montaje

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AEROGENERADORES OFFSHORE.
La energía eólica offshore nace de la necesidad de encontrar
espacios rentables para la producción eólica. La velocidad del
viento en las zonas costeras es 1m/s superior al terrestre debido a
que, en las costas, no existe tanta resistencia al no ser una
superficie rugosa como en el interior, lo que nos garantiza una
constante de un 30-50% superior a parques convencionales.
EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA EÓLICA OFFSHORE
TIENE
UNA
SERIE
DE
VENTAJAS
SOBRE
LAS
INSTALACIONES TERRESTRES:
1. Supone un mejor recurso eólico debido a una constante mayor
de viento, lo cual implica un mejor aprovechamiento del recurso
eólico y una mayor vida útil del generador. Además, el medio
marino presenta menores obstáculos que el terrestre, por lo que
su factor de cortadura es bajo, haciendo posible situar las torres
a una altura menor.
2. El hecho de realizar las instalaciones en el mar implica que no
existe limitación de espacio para la instalación del parque, por lo
que se pueden utilizar grandes áreas con aerogeneradores y
mucho más grandes que los terrestres; habitualmente de 2-5-8 y
hasta 10 MW de potencia.
Por otra parte, las instalaciones eólicas marinas presentan a su
vez una serie de desventajas frente a las terrestres. Los valores de
inversión de una instalación eólica offshore son aproximadamente
el doble comparados con una instalación en tierra. Esto es debido
principalmente a la forma de fijación de las torres.
Actualmente, sin embargo, se está trabajando en modelos de
fijación flotantes, lo que abarataría y simplificaría las labores de
montaje, ya que este tipo de estructuras se podrían montar casi en
su totalidad en tierra y ser transportados posteriormente mar
adentro.
Los costes de mantenimiento son muy elevados debido a que, al
encontrarse mar adentro, la accesibilidad a los parques es menor.
La principal limitación para un desarrollo más acelerado de este tipo
de energía son los valores unitarios de la inversión, que son
mayores debido fundamentalmente a los gastos de construcción y
de interconexión eléctrica con la costa.
La inversión en cimentación e instalación es muy superior a la
terrestre, por lo que se debe tratar de abaratar los costes de
construcción por kilovatio. Cuanto mayor sean las turbinas, menor
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será el coste de la instalación, ya que los gastos de cimentación,
trasporte y fijación son casi los mismos, razón por la cual las
turbinas offshore cada vez son más grandes.
Otro de los inconvenientes en este tipo de instalaciones es
el transporte de la energía a tierra. El parque offshore de
Nysted transportó la energía a través de un cable submarino de 11
km de largo y 800 T de peso (con un diámetro de 20 cm), lo cual
encarece considerablemente los costes. Sin embargo, este proyecto
contó con la ventaja de la poca profundidad del agua donde están
levantadas las turbinas (solo de 6 m a 9,5 m de profundidad).
Cuanto mayor es la profundidad, más complicado resultan las
labores de fijación de las torres.
FASES DEL MONTAJE.
TORRE METEOROLÓGICA.
Es el primer elemento que se procede a instalar durante las fases
de planificación del proyecto ya que nos ayuda a recoger datos
sobre la meteorología de la zona donde se va a ejecutar la
instalación. Su instalación será similar a la de los aerogeneradores,
pero con unas dimensiones considerablemente menores. Este tipo
de torres recogen datos a varias alturas con un anemómetro, como
sucede en las instalaciones terrestres.
También dispone de sensores que analizan el perfil de vientos
según la altura, observando velocidad y dirección; otros sensores
recogen datos de la temperatura oceánica, la dirección y velocidad
de las corrientes.
PLATAFORMAS SOPORTE DE LOS AEROGENERADORES.
El origen de este tipo de plataformas se encuentra en la industria
petrolífera, usadas durante años para la perforación de pozos
petrolíferos en el mar.
Cimentaciones por gravedad, conocidas como GBS (Gravity
Based Structures), se definen como cimentaciones superficiales
capaces de mantener la estabilidad del aerogenerador solo
mediante el propio peso de este. Fueron las primeras utilizadas en
los primeros parques eólicos marinos de tipo experimental.
SOPORTES MONOPILOTE.
Las estructuras de monopilote empotrado son cimentaciones
profundas individuales que, mediante su penetración en el terreno,
consiguen transferir los esfuerzos a este. Este tipo de cimentación
es rentable para su aprovechamiento con turbinas de pequeño y
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medio tamaño. En este caso, no se hace necesario acondicionar el
lecho marino lo que permite ahorrar bastante dinero.
ESTRUCTURAS FLOTANTES.
En la actualidad, a la hora de proyectar un parque eólico offshore
en España nos encontramos con una barrera técnico-económica
muy importante. Para evitar esto, se está investigando masivamente
en el desarrollo de soportes flotantes para aerogeneradores en el
mar a profundidades mayores de 50 m o 60 m.
SEGÚN
EL
MIT
(MASSACHUSETTS
INSTITUTE
OF
TECHNOLOGY), SE CLASIFICAN EN TRES TIPOS DE
SOPORTE:
1. Ballast Stabilized (estabilización por lastre): logran la
estabilidad de la estructura mediante un peso en la parte inferior
que equilibra las fuerzas mediante un momento estabilizador.
2. Mooring Line Stabilized (estabilización por línea de amarre):
consiguen la estabilidad a través de la sujeción al fondo con
unos cables en tensión.
3. Bouyancy Stabilized (estabilización por flotabilidad): obtienen el
equilibrio gracias a su apoyo sobre la superficie plana del mar.
TRANSPORTE DE LA ENERGÍA A TIERRA.
Los parques eólicos marinos se van perfilando como la mayor
opción de desarrollo de la eólica a nivel europeo. Las estimaciones
calculan que, en el año 2020, la capacidad instalada será de 40
GW, es decir, un aumento de más del 1.300% en diez años y que
se cubrirá en torno al 4% del consumo eléctrico en la UE. Se
considera también que, a finales de la década de 2020, la
capacidad instalada en alta mar supere a la capacidad en tierra, con
una previsión de 150 GW en 2030.
Uno de los grandes problemas en los parques eólicos offshore en la
actualidad es el transporte de la energía a tierra firme para su
conexionado a la red. En los parques convencionales, el proceso
del transporte no es tan costoso: se genera, se transforma a altos
voltajes y se inyecta a la red eléctrica como cualquier con cualquier
otra fuente de energía.
El problema viene cuando la transformación de esta energía hay
que llevarla a cabo en alta mar. Una opción sería trabajar a menos
voltaje, lo cual conlleva mayores pérdidas energéticas y
económicas.
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ACTUALMENTE CONTAMOS CON DOS TECNOLOGÍAS PARA
TRANSMITIR LA ENERGÍA PRODUCIDA EN OFFSHORE HACIA
LA RED EN TIERRA:
1. Mediante corriente alterna en alta tensión (HVAC, High-Voltage
Alternating Current)
2. Mediante corriente continua en alta tensión (HVDC, HighVoltaje
Direct Current)
La elección de una u otra tecnología depende fundamentalmente de
los condicionantes, potencia y distancia.
Los aerogeneradores en un parque offshore están generalmente
más separados entre sí que los de una instalación en tierra para
evitar las alteraciones provocadas por turbulencias. Para paliar este
problema de mayor longitud, habría que aumentar la tensión, pero
entonces se necesitarían transformadores mayores, lo que
implicaría un nuevo problema de espacio y no se podrían ubicar en
la base de cada aerogenerador, como se hace con los terrestres.
Esto, unido al mayor coste, no compensaría las pérdidas por
menores tensiones dentro del propio parque.
Con la tensión elevada para reducir la corriente que circula por el
cable de evacuación a la costa, se consigue una disminución de su
sección y su coste. No obstante, al manejar tensiones elevadas, se
pueden presentar los inconvenientes de deterioro del aislamiento
del cable y la necesidad de utilizar equipos más caros y
voluminosos. Una vez en tierra firme se conduce la electricidad a
una subestación con un transformador que adecua la tensión a
las características de la red. A veces, es necesaria la colocación de
un compensador de potencia reactiva. En ese caso, si solo es
necesario colocar un compensador de reactiva en uno de los
extremos del cable en lugar de en los dos extremos, este se instala
normalmente en tierra.
La reducción de los costes de inversión para la interconexión y el
incremento en el aprovechamiento de la capacidad de control de las
turbinas eólicas es uno de los factores favorables para elegir esta
opción.
EN LAS INSTALACIONES EXISTENTES DE MAYOR POTENCIA,
SE PUEDE OBSERVAR LA UTILIZACIÓN DE SUBESTACIONES
DE TRANSFORMACIÓN OFFSHORE, DONDE LOS NIVELES DE
TENSIÓN EN LA RED INTERNA DEL PARQUE SON DE HASTA
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36 KV, COMO ES EL CASO DE LOS PARQUES EÓLICOS
OFFSHORE DANESES:
1. Horns Rev (160 MW): trabaja con un nivel de tensión de 36 kV.
La subestación de transformación offshore eleva la tensión a 156
kV para alimentar el cable c.a. de 18km de longitud hasta la
orilla.
2. Nysted (165,6 MW): trabaja con un nivel de tensión de 33 kV. La
subestación de transformación offshore eleva la tensión a 132 kV
para alimentar el cable c.a. de aproximadamente 10 km de
longitud hasta la orilla.
CABLEADO.
El aspecto más relevante en la conducción de la energía en los
parques offshore es el del cableado. La longitud es proporcional al
grosor y al coste del mismo. El espesor del aislante se incrementa
con la tensión nominal del sistema y debe ofrecer una elevada
resistencia al paso de la corriente, así como ser capaz de soportar
los esfuerzos dieléctricos sometidos por la conducción de la
energía.
Los cables submarinos utilizados en parques offshore son
enterrados con una profundidad normalmente de 1 a 4 metros
dentro del fondo del mar, para evitar riesgos de contacto con
anclas, barcos, etc. Si las condiciones del fondo lo permiten, el
método más común y más económico es hundir los cables en el
lecho marino, utilizando chorros de agua.
Hasta hace poco se solían emplear cables de papel impregnado
(MI, Mass Impregnated) y cables de aceite (OF, Oil Filled). En la
actualidad, habitualmente se emplean los cables que utilizan como
aislante un polímero extruido(XLPE). El XLPE tiene una baja
pérdida dieléctrica y casi no requiere mantenimiento, además de ser
más económico en su fabricación.