Los gemelos digitales pueden ayudar a Vattenfall y a la industria eólica a obtener el máximo valor de sus parques eólicos marinos. Las mediciones en tiempo real de estructuras y operaciones garantizan que todas las decisiones sobre los parques eólicos en funcionamiento se tomen sobre la base de los hechos actuales.
“Los modelos de diseño de aerogeneradores o turbinas eólicas generalmente se basan en códigos y estándares de la industria, así como en suposiciones. Lo que ofrece nuestro gemelo digital de última generación es el comportamiento real de las turbinas eólicas y, normalmente, existe una discrepancia entre lo que se esperaba en el diseño y cómo se comporta la turbina eólica en la vida real”, Johan Toftekær, Responsable del desarrollo interno de herramientas en Vattenfall, explica. «La característica única de nuestro gemelo digital es que analiza tanto el comportamiento estructural como las condiciones operativas y ambientales y utiliza los datos para calibrar el modelo de diseño original para que coincida con el comportamiento de la vida real».
De las suposiciones a las mediciones en tiempo real
Los códigos y estándares de diseño generalmente se desarrollan para ser conservadores a fin de proporcionar estructuras seguras, pero es cada vez más importante que seamos más precisos en nuestras estimaciones y suposiciones, sin comprometer la seguridad. Este es especialmente el caso de la industria eólica marina, donde proyectos recientes no lograron demostrar que fueran realmente rentables.
«Las turbinas eólicas experimentan fatiga durante su vida útil, y esto determina la vida operativa esperada de la turbina», explica Michael Sandholm Jepsen, Autoridad Técnica de Integridad de Estructuras de Soporte en Vattenfall. “Hemos demostrado con nuestros gemelos digitales que el desgaste de las turbinas eólicas es menor de lo previsto en los diseños originales. Necesitamos utilizar esta información de manera proactiva, ya que nos permitirá extender la vida útil de nuestros parques eólicos existentes de una manera segura y rentable, del mismo modo que estos aprendizajes permitirán optimizar nuestros diseños futuros de nuevos parques eólicos”.
El gemelo digital puede, por ejemplo, mostrar que una estructura diseñada para 25 años en realidad tiene una vida útil esperada de 45 años o más. Esto proporcionará 20 años de operación adicional muy valiosos, lo que asegurará energía renovable para el mercado, así como más ingresos.
Creando valor en todas las fases del ciclo de vida
Los gemelos digitales crean valor en cada fase del ciclo de vida de una turbina eólica: diseño, operación y mantenimiento, y en su vida útil potencialmente prolongada. Los conocimientos adquiridos a lo largo de la vida útil de una turbina eólica también se pueden utilizar para optimizar el diseño de nuevas turbinas eólicas, mediante el llamado diseño basado en datos. Cuando el gemelo digital mide continuamente las estructuras en la vida real, se puede evitar, por ejemplo, un gran número de inspecciones físicas y se pueden implementar medidas de mitigación tempranas en el caso de turbinas eólicas de bajo rendimiento.
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«Queremos explotar nuestros parques eólicos hasta que el argumento comercial deje de tener sentido», explica Michael Sandholm Jepsen. “Eso podría ser 20, 30, 40 años o más más allá de la vida útil del diseño inicial. Para que esto sea posible, hemos desarrollado un plan para una posible extensión inicial de 10 años de la vida útil de los nuevos parques eólicos incorporados en el caso de negocio de diseño original. Siendo proactivos y utilizando nuestra solución de gemelo digital desde la instalación y durante toda la vida útil del aerogenerador, podremos tener siempre el control en tiempo real de su rendimiento. El plan de ampliación inicial de vida útil ha sido verificado por la empresa certificadora DNV y se ha implementado en dos de nuestros últimos parques eólicos.
Johan Toftekær añade que, basándose en las tendencias observadas en los gemelos digitales iniciales, parece realista lograr también una reducción sustancial en la cantidad de acero utilizada en los nuevos diseños de turbinas eólicas, lo que supondría una reducción significativa de los costes.
Moviendo la industria
Si bien muchos de los códigos y estándares actuales utilizados por los ingenieros se basan, entre otras cosas, en pruebas de laboratorio, el uso de gemelos digitales es una prueba de laboratorio a gran escala en la vida real. Los gemelos digitales se han utilizado durante muchos años en la industria del petróleo y el gas para demostrar que una estructura tiene un nivel de seguridad más alto del esperado, lo que permite una extensión de vida útil segura y rentable. Se ha concedido una certificación especial a dichas estructuras proyecto por proyecto.
Vattenfall cree que la colaboración en la industria eólica entre empresas y fronteras puede hacer avanzar la industria. Junto con otros expertos, un equipo dedicado de 17 especialistas en el equipo de Integridad de la Estructura de Soporte están contribuyendo con su vasta experiencia a nivel operativo y ya están involucrados en el trabajo en una gran cantidad de códigos y estándares. Están planeando participar en un proyecto industrial conjunto que revisará varios códigos y estándares en energía eólica marina con el fin de desarrollar recomendaciones para futuras modificaciones, por ejemplo basadas en los hallazgos de nuestros gemelos digitales.
“Dado que se espera que se instalen miles de turbinas eólicas en todo el mundo, tendría sentido que los códigos y estándares se actualizaran de acuerdo con los nuevos hallazgos y descubrimientos de los gemelos digitales”, concluye Nadir Azam. “Digamos que los datos de 500 turbinas eólicas en varios parques eólicos muestran que los códigos y estándares existentes son demasiado conservadores. ¿No deberíamos entonces examinar juntos los niveles de seguridad aplicados en los códigos y estándares?”
