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Turbinas eólicas flotantes en alta mar: Brasil se convertirá en un jugador activo en la carrera de energía limpia



La energía eólica es uno de los temas más estudiados en el ecosistema de energía renovable. En las últimas décadas, el enfoque se ha centrado en varios aspectos del modelado y análisis de turbinas eólicas terrestres. Especialmente en Brasil, la energía eólica ha sido investigada en estudios recientes gracias a su enorme potencial.

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 al financiamiento proporcionado por la Oficina Global de Investigación Científica de la Armada de los Estados Unidos (ONR Global), un grupo de investigadores están buscando formas de aumentar la capacidad de generación de energía eólica del país, liderando un esfuerzo para reducir el peso estructural en los nuevos diseños de turbinas eólicas flotantes en alta mar (FOWT, en sus siglas en inglés).

Las FOWT tienen muchas oportunidades y obstáculos. Entre las ventajas, la disponibilidad de vientos constantes y una 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 los cables necesarios para la transmisión de energía. En este contexto, el ahorro de peso estructural en el flotador es, sin duda, muy muy importante.

“En la última década, hemos visto un gran esfuerzo en el campo de la ingeniería en mar abierto para crear, diseñar y validar este nuevo tipo de sistemas flotantes. Hoy en día, después de muchos proyectos de demostración, la viabilidad del concepto está probada y, como resultado, estamos presenciando los primeros parques eólicos flotantes de índole comercial”, afirma el profesor Simos.

Además, el diseño de las FOWTs es una tarea complicada que debe considerar variables como las respuestas a las olas, la corriente y las cargas de viento, las estabilidad estática y dinámica y el comportamiento estructural de las líneas de amarre. Por lo tanto, varios proyectos de investigación han sido realizados por diferentes grupos con el objetivo de desarrollar códigos numéricos y sentar las bases para la evaluación comparativa experimental de las turbinas.

Mientras las turbinas eólicas marinas flotantes proporcionarán una fuente de energía alternativa para la flota de la marina estadounidense, Paul Sundaram, Director Científico de ONR Global en Sao Paulo, señala que “el objetivo era comprender cómo diseñar y administrar estructuras complejas en el dinamismo del océano. Esto es muy importante para la marina de los EE. UU., diseñar y construir sistemas resistentes 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 proyecta a corto plazo. La legislación 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, especialmente en la costa noreste del país debido a su gran potencial.

“En los últimos años, Brasil ha expandido rápidamente su capacidad de generación de energía eólica, que actualmente supera los 13 GW, alrededor del 8% de la capacidad total del país. Estas cifras hacen que la energía eólica sea la segunda fuente de energía eléctrica en 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 estos sistemas flotantes para adaptar y desarrollar nuevas herramientas computacionales para el análisis de las FOWT. Estas 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 las FOWT. Por ejemplo, hay proyectos en curso para usarlas como energía auxiliar para equipos submarinos en los campos de petróleo y gas. Esto llevará la tecnología a aguas profundas y, por lo tanto, investigadores 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 el diseño de los amarres son difíciles de predecir con precisión para este tipo de estructura. Estamos probando diferentes alternativas y realizando pruebas de modelos en nuestro tanque de oleaje para verificar el rendimiento de los modelos numéricos”, dice el profesor Simos.

Como las 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 vitales para el transporte marítimo como fuente de energía renovable. Las FOWT generalmente se encuentran en aguas más profundas donde la velocidad del viento es mayor y los vientos son más estables. Pequeños aumentos en la velocidad del viento pueden conducir a una producción de energía mucho mayor”, señala Sundaram.



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