Energía para todos: La turbina eólica offshore más potente del mundo tiene el tamaño de un rascacielos

Cuando Vincent Schellings comenzó a diseñar turbinas eólicas hace dos décadas, solía preguntar a sus compañeros cómo se imaginaban la mayor turbina que se pudiese construir. “Llegamos a imaginarnos una máquina superior a 3 MW con un rotor de 100 metros” nos cuenta. “Pero incluso eso parecía demasiado grande.”

Schellings, de 44 años, nunca dejó de preguntárselo. Hoy, lidera un equipo en GE Renewable Energy desarrollando la turbina eólica más grande del mundo, una que eclipsa sus sueños de la juventud. Este verdadero gigante contará con 260 metros de altura desde su base hasta la punta de sus palas, once metros más que la Torre de Cristal de Madrid, el rascacielos más alto de España. Con palas del tamaño de un campo de fútbol, el rotor medirá unos 220 metros de diámetro.

Su generador de 12 MW estará situado a 150 metros sobre el nivel del mar. Cada una de estas increíbles turbinas será capaz de suministrar electricidad a 16.000 hogares y producir 67 GWh por año[1]; esto supone un 45% más que cualquier otra turbina eólica offshore. “Nos preguntamos a nosotros mismos ‘¿cuál es el mayor rotor con el que podríamos trabajar?’ y quisimos ir un poco más allá” dice Schellings. “Desde una perspectiva tecnológica, parece un desafío. Pero sabemos que es posible. La belleza de la turbina es que ha superado muchos límites. No hay nada como ella, ni nada parecido.”

La Haliade-X de GE alcanza un 63%, “cinco a siete puntos más que la competencia,” asegura Schellings.

A día de hoy, la turbina eólica más grande tiene un rotor de 180 metros de diámetro, pero solo es un prototipo. Las turbinas activas más grandes cuentan con rotores que superan los 164 metros y generadores que alcanzan 9,5 MW. “Decidimos superar a la competencia,” cuenta Schellings.

El tamaño importa. El enorme rotor permite que los motores capten mucho más viento durante más tiempo y aumentar lo que en la industria se conoce como “factor de capacidad”. Este número describe la capacidad energética que la turbina puede producir al año en un lugar concreto, frente a la energía que podría haber generado a pleno rendimiento de forma continuada. La Haliade-X de GE alcanza un 63%, “cinco a siete puntos más que la competencia,” asegura Schellings. “Básicamente, cada punto del factor de capacidad equivale a 5,7 millones de euros por cada 100 MW para nuestros clientes. Es una buena ventaja.”

Existen otros beneficios. El nuevo diseño de 12 megavatios permitirá el diseño de parques eólicos con menos turbinas, menos cables, menor construcción, mantenimiento y otros costes de capital, recuperando la inversión más rápido. “Esto ayudará a nuestros clientes cuando compitan en subastas para construir plantas offshore y apuesten por la oferta más baja en KWh” dice John Lavelle, CEO de la unidad eólica offshore de GE Renewable Energy. Él y su equipo están empezando a hablar con compañías interesadas en construir plantas eólicas en los próximos años utilizando el equipamiento que comenzará a comercializarse en 2021. “Estamos intentando captar a estos inversores, para que tengan en cuenta el valor que podemos aportar. Si ellos ganan, nosotros ganamos.”

La energía eólica offshore es el segmento energético que más rápido crece. “La industria de las renovables tardó más de 20 años en instalar los primeros 17 GW de este tipo de energía” cuenta Jérôme Pécresse, presidente y CEO de GE Renewable Energy. “Hoy, la industria prevé que se construirán más de 90 GW en los próximos 12 años. Esto se debe al bajo coste de la electricidad por escala y a la tecnología. La Haliade X marcará un nuevo punto de referencia para el coste de la electricidad y generará un mayor crecimiento en el campo marino.”

Las enormes turbinas eólicas como la Haliade-X juegan un papel esencial, pero ¿cómo construir una? GE, que invierte 400 millones de dólares en el proyecto, comenzó a estudiar la idea hace dos años. Después de decidir el diámetro del rotor, el equipo de Schelling trabajó para calcular la magnitud del generador y el tamaño de la torre que sujeta a ambos.

Cada paso presenta su propio desafío. En primer lugar, es complicado producir palas de forma masiva, más aún si tienen 107m de largo. “Hay mucho trabajo manual involucrado” dice Schellings. “Necesitas al menos 250 empleados trabajando en una sola máquina, y todo tipo de andamios y herramientas para manejar el material adecuadamente. Construir una pala de este tamaño requiere mucha gente con una fuerte sincronización de equipo y colaboración para manejar materiales y herramientas.”

Equipos que trabajan en Barcelona, España, Nantes, Francia, Hamburgo, Alemania y algunos puntos de Europa y Estados Unidos pasarán los próximos meses perfeccionando sus diseños y preparándose para las primeras pruebas de componentes. GE planea construir la primera turbina de prueba en el segundo semestre de 2019.

El equipo colaboró con expertos de LM Wind Power, el productor danés de palas que GE adquirió el año pasado y que en España emplea más de 900 empleados entre sus plantas de Castellón y Ponferrada. LM Wind ahora tiene la intención de “industrializar” la producción de las palas más grandes.

El siguiente elemento fue el tamaño del rotor. “Recoges mucho aire, lo cual es bueno para la producción energética, pero la desventaja es que necesitas una estructura de soporte para mantener el rotor en el aire” informa Schellings. “Es desafortunado que al aumentar el tamaño del rotor, el coste de la turbina suba más rápido que el incremento en rendimiento que se obtiene de un rotor más grande.”

El equipo solucionó el problema con un software, empleando algoritmos para procesar los datos de la turbina y que pueda aguantar la presión que produce el viento. “Utilizamos un software para controlar el paso de la turbina y mantenerla en el aire” explica Schellings. “Esto nos ayuda a mantener el tamaño y el peso de la estructura bajo control.”

Cuando el equipo de Schellings hizo sus primeros cálculos, consultó a ingenieros de toda la compañía para ayudar a comprobar y mejorar el diseño. Schellings llama a este enfoque “lo mejor de GE”. Su equipo trabajó estrechamente con Vic Abate, director de tecnología de GE que también dirige GE Global Research, para ayudar a localizar expertos en diversos campos que revisaran los diseños. “La carga de la base, la aerodinámica, el peso de la estructura… Hemos trabajado estos elementos junto a científicos de GE Global Research” cuenta Lavelle. “Hemos contactado con expertos de GE Aviation, Power, LM Wind y otras áreas de GE para establecer revisiones en grupo. Esto nos da la seguridad de que vamos en la dirección correcta. Es increíble lo que podemos llegar a hacer cuando colaboramos y ofrecemos el mejor talento disponible.”

Los ingenieros están lejos de haber terminado. Equipos que trabajan en Barcelona, España, Nantes, Francia, Hamburgo, Alemania y algunos puntos de Europa y Estados Unidos pasarán los próximos meses perfeccionando sus diseños y preparándose para las primeras pruebas de componentes. GE planea construir la primera turbina de prueba en el segundo semestre de 2019.

Pero Lavelle ya está pensando más allá y buscando maneras de incluir las últimas tecnologías, como la impresión 3D, al diseño seguir mejorándolo y reducir costes. GE Aviation ya está imprimiendo bloques enteros de motores de aviones, y GE Additive construyó una versión beta de una impresora 3D para metales que puede imprimir piezas de un metro de diámetro. “No podemos limitar nuestras ideas” dice Lavelle. “Lo que es nuestro límite hoy puede no serlo en 2020.”

Lavelle sabe de lo que habla. Pasó 35 años en GE desarrollando tecnologías para plantas energéticas. “Todas eran divertidas, importaban y eran importantes, pero las cosas que ayudan a cuidar el medioambiente, creo que son las cosas que puedes contar a tus amigos y familiares cuando llegas a casa, y que hacen que estén orgullosos de lo que has hecho.”

GE Unveils Plans To Build An Offshore Wind Turbine The Size Of A Skyscraper, The World’s Most Powerful

Meet the largest offshore wind turbine in the world—capable of producing renewable power for up to 16,000 households. http://invent.ge/2t7nT0f

Posted by GE on Thursday, March 1, 2018

 

[1] Cálculo basado en las condiciones de viento del Mar del Norte alemán.

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