La energía eólica es uno de los temas más investigados en el ecosistema de energías renovables. Durante las últimas décadas, el enfoque se ha centrado en varios aspectos del modelado y análisis de turbinas eólicas en tierra. La energía eólica ha sido un gran potencial y ha sido tema de intenso estudio recientemente, especialmente en Brasil.
Dirigido por el profesor Alexandre Simos del Departamento de Ingeniería Naval y Oceánica de la Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo (EPUSP) en Brasil, y gracias a los fondos proporcionados por la Oficina de Investigación Naval Global (ONR Global), un grupo de investigadores está encontrando formas de aumentar la capacidad de generación de energía eólica del país liderando un gran esfuerzo para reducir el peso estructural en los nuevos diseños de Turbinas Eólicas Flotantes Offshore (FOWT).
Los FOWT tienen muchas oportunidades y obstáculos. Entre las ventajas, la disponibilidad de vientos constantes y la velocidad adecuada para el uso de turbinas en su eficiencia óptima. Entre las desventajas están los altos costos de instalación, las líneas de amarre y la gran longitud de cables necesarios para la transmisión de energía. En este contexto, ahorrar peso estructural en el flotador es ciertamente muy bienvenido.
“En la última década, hemos visto un gran esfuerzo en el campo de la ingeniería offshore para concebir, diseñar y validar este nuevo tipo de sistema flotante. Hoy en día, después de muchos proyectos de demostración, la viabilidad del concepto está llegando y, como resultado, estamos presenciando los primeros parques eólicos flotantes comerciales ”, afirma el profesor Simos.
Además, el diseño de FOWTs es una tarea complicada que debe considerar variables como las respuestas a las olas, la corriente y las cargas de viento, las estabilidades estáticas y dinámicas y el comportamiento estructural de las líneas de amarre. Por lo tanto, varios proyectos de investigación han sido realizados por diferentes grupos destinados a desarrollar códigos numéricos y sentar las bases para la evaluación comparativa experimental de FOWT.
Mientras que las turbinas eólicas marinas flotantes proporcionarán una fuente de energía alternativa para la flota marina para la flota, Paul Sundaram, Director Científico de ONR Global en Sao Paulo, señala que “el objetivo era comprender a través del modelado cómo diseñar y administrar estructuras complejas en el océano dinámico medio ambiente Esto es muy importante para la Marina de los EE. UU., Para diseñar y construir sistemas resistentes diseñados en el océano ”.
El rol de Brasil
La tecnología desempeñará un papel importante en la futura expansión de la energía eólica en Brasil, un crecimiento que se prevé que tenga lugar bastante pronto. La regulación para la instalación de parques eólicos marinos ya se discutió en el Congreso brasileño, y la industria se está preparando para nuevos desarrollos en el sector, que de hecho tiene un gran potencial, especialmente en la costa noreste del país.
“En los últimos años, Brasil ha expandido muy rápidamente su capacidad de generación de energía eólica, que actualmente supera los 13 GW, alrededor del 8% de la capacidad total de Brasil. Estas cifras hacen que la energía eólica sea la segunda fuente de energía eléctrica para la red brasileña. Toda esta producción se realiza en tierra, en muchos parques eólicos repartidos por todo el país, pero se concentra principalmente en la costa noreste, donde el potencial eólico es excelente ”, agrega el profesor Simos de la Universidad de Sao Paulo.
La Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo también tiene un grupo de investigación que trabaja en sistemas marinos para la exploración y producción de petróleo y gas, que es una actividad económica muy importante en Brasil. Por lo tanto, la idea inicial de los investigadores era beneficiarse de la experiencia en sistemas flotantes de petróleo y gas para adaptar y desarrollar nuevas herramientas computacionales para el análisis de FOWT. Estos se utilizan para predecir la respuesta de las estructuras en olas y viento, y para estimar las tensiones en las líneas de amarre, cargas estructurales y vibraciones.
Aplicabilidad futura
También es clave mencionar que, además del objetivo principal de generar energía verde para la red eléctrica, se están proyectando otras aplicaciones para FOWT. Por ejemplo, hay proyectos en curso para usarlos como energía auxiliar para equipos submarinos en los campos de petróleo y gas. Esto llevará la tecnología a aguas profundas y, por lo tanto, podrían enfrentarse a nuevos desafíos.
“Todavía estamos desarrollando parte de los modelos hidrodinámicos para predecir las fuerzas de las olas en los flotadores. Los efectos no lineales involucrados en las desviaciones del flotador y que pueden ser importantes para los amarres de diseño son difíciles de predecir con precisión para este tipo de estructura. Estamos probando diferentes alternativas y realizando pruebas de modelos en nuestra cuenca ondulada para verificar el rendimiento de los modelos numéricos, dice el profesor Simos.
Como los FOWT son dispositivos relativamente nuevos, todavía hay espacio para la optimización del diseño. Por ejemplo, todavía se están diseñando y proponiendo nuevos conceptos de cascos flotantes destinados a reducir los movimientos de la turbina. Además, para hacer que el uso de FOWT en aguas profundas (más de 1000 m) sea económicamente factible, el diseño de amarres optimizados, hechos de materiales ligeros, también será un desafío.
“Tales estructuras serán estratégicas para el transporte marítimo como fuente de energía renovable. Los FOWT suelen ser más efectivos en aguas más profundas donde la velocidad del viento es más alta y los vientos son más estables. Pequeños aumentos en la velocidad del viento pueden conducir a una producción de energía mucho mayor ”, señala Sundaram.
