Este verano comenzarán las pruebas de un aerogenerador marino de 50 MW y palas de 200 metros

Este verano comenzarán las pruebas de un aerogenerador marino de 50 MW y palas de 200 metros

Un equipo de investigadores viene trabajando desde hace dos años y medio en el diseño de una nueva turbina eólica marina de 50 megavatios, casi seis veces más potente que la turbina de 8,8 megavatios de Vestas instalada recientemente por Vattenfall en las costas de Escocia. Las pruebas comenzarán con los prototipos de las cuchillas este verano en Colorado.

Esta potente turbina marca un cambio radical con respecto al diseño de una turbina eólica convencional. La turbina eólica estándar instalada hoy en día es una máquina de tres palas posicionada con las palas enfrentadas a los vientos entrantes.

Las palas para el denominado aerogenerador de rotor segmentado ultraligero (SUMR), a la inversa, se orientarían a sotavento. El diseño “go-with-the-flow” se inspiró en las palmeras, que han evolucionado para resistir los vendavales y huracanes.

Así como las hojas de palmera se doblan y ceden a la dirección del viento, las cuchillas segmentadas para la turbina SUMR se plegarán juntas, alineadas con la dirección del viento, cuando los vientos soplen fuertes.

“Estamos tratando de que las palas de la turbina estén más alineadas a lo largo de la ruta de carga, para que podamos salir con una masa estructural más baja y tener menos fatiga y menos daño”, dijo Eric Loth en una entrevista. Loth es presidente del departamento de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Virginia y el líder del proyecto SUMR.

El equipo de investigación cree que el diseño a favor del viento posibilitará el despliegue de turbinas eólicas marinas a gran escala en zonas de Estados Unidos, como el Atlántico Sur y el Golfo de México, donde las velocidades del viento pueden alcanzar los 320 km por hora en tormentas severas.

En noviembre de 2015, un equipo de investigación liderado por la Universidad de Virginia recibió una subvención de 3,56 millones de dólares por tres años de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E) para diseñar una turbina SUMR de 50 megavatios. El equipo incluye investigadores de la Universidad de Illinois, la Universidad de Colorado, la Escuela de Minas de Colorado, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y los Laboratorios Nacionales Sandia.

El equipo de investigación se reúne regularmente con una junta asesora de la industria que incluye representantes de los principales fabricantes de turbinas, como GESiemens Gamesa y Vestas.

El equipo de investigación tiene el objetivo de diseñar una turbina de 50 megavatios que pueda reducir el coste nivelado de la energía eólica marina hasta en un 50% para 2025. “Necesitamos generar turbinas que no sean necesariamente más eficientes pero que cuesten menos de construir y mantener”, dijo Loth.

“Hay que hacer algo diferente en el enfoque tecnológico para ir más allá”, dijo en una entrevista Todd Griffith, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Texas en Dallas y miembro del equipo de investigación.

Quitar peso de las palas

Un objetivo principal del proyecto es quitar peso de las palas de la turbina. El peso aumenta las “cargas globales” transferidas desde las palas al cubo de la turbina y, de acuerdo con Griffith, es la principal limitación para fabricar palas cada vez más grandes para las turbinas eólicas marinas en contra del viento.

Todd Griffith, diseñador jefe del Sandia National Laboratories, muestra una sección transversal de una pala a escala.

“La reducción de peso es un gran impulsor en el diseño”, dijo Griffith, quien comenzó a investigar cuchillas de 100 metros hace una década como miembro del equipo técnico de eólica marina en Sandia National Laboratories.

Las palas de las turbinas convencionales están hechas principalmente de fibra de vidrio con algo de fibra de carbono. Podría incorporar más fibra de carbono en el diseño para agregar resistencia, pero tiene un coste. “Hay buenas razones por las que la fibra de vidrio es el estándar de la industria. Es barato y tiene buenas propiedades de rigidez”, dijo Loth.

Griffith se siente alentado por las investigaciones en curso, financiadas por el Departamento de Energía de EEUU, para reducir el coste de la fibra de carbono. “Es algo que puede adaptarse perfectamente a nuestras cuchillas”, dijo.

Las cuchillas segmentadas facilitarán la instalación

El equipo de investigación está convencido de que el diseño estándar contra el viento con cuchillas convencionales no funcionará para turbinas eólicas marinas de escala extrema previstas por el proyecto.

Las hojas de ceñida en contra del viento convencionales son caras de fabricar, desplegar y mantener por encima de 10 a 15 MW.Deben ser rígidas, para evitar la fatiga y eliminar el riesgo de ataques de torres en fuertes ráfagas”, dijo Griffith en un comunicado en el que anunció la concesión de ARPA-E.

Otra preocupación es la logística. Con las palas de la turbina superando los 100 metros – la turbina Haliade-X de 12 megavatios presentada por GE el mes pasado estará equipada con palas de 107 metros de largo – el envío de las palas de la fábrica al lugar del proyecto se convierte en un auténtico desafío.

Se espera que las palas para la turbina SUMR de 50 megavatios tengan al menos 200 metros de longitud. Una bisagra de muñón cerca del cubo permitiría que las cuchillas se plieguen por completo y se acumulen con los vientos huracanados. Y debido a que cada cuchilla se fabricará en cinco a siete segmentos y se ensamblará en el lugar donde se construirá el proyecto, los desarrolladores evitarán tener que descubrir cómo transportar cuchillas con la longitud de dos campos de fútbol.

Las cuchillas ultraligeras serían capaces de transformarse a sotavento, o como lo expresaron los investigadores, “deformarse en la dirección del flujo”.

Las pruebas con prototipos, en verano

El equipo de investigación pronto pondrá a prueba sus conceptos de diseño en el mundo real. A finales del verano, comenzarán las pruebas con las palas prototipo construidas a una escala de una quinta parte de los 105 metros de largo diseñadas para una turbina SUMR de 13,2 megavatios.

El rotor de dos palas, con cuchillas de 21 metros, se instalará en una torre de 12 pisos en el Centro Nacional de Tecnología Eólica de NREL ubicado al sur de Boulder, Colorado.

Una empresa de ingeniería y fabricación con sede en el estado de Washington que se especializa en materiales compuestos avanzados y metales exóticos, Janicki Industries, está construyendo las palas, y se espera que las entreguen a principios del verano.

“Estamos haciendo algunas cosas que no se han hecho antes en términos de imitar las cargas y la dinámica de la turbina a gran escala”, dijo Todd Griffith. “Podemos reducir esas características a escala de una quinta parte con la que podemos hacer la prueba de manera muy rentable”.

Los datos de rendimiento de las pruebas del prototipo se incluirán en los modelos de diseño del equipo. El equipo del proyecto está programado para completar el diseño de una turbina SUMR de 50 megavatios para la próxima primavera.

 

Articulo José A. Roca

Fuente: El periódico de la Energía.com

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