El potencial de las turbinas de viento flotantes en aguas profundas del océano

La transición global a la energía renovable se está acelerando, y el poder eólico offshore juega un papel fundamental en la descarbonización de las redes eléctricas. Mientras que las turbinas tradicionales de fondo fijo han demostrado ser eficaces en aguas poco profundas, vastas regiones de profundo océano, donde reside más del 80% del recurso eólico offshore del mundo, permanecen sin explotar.

¿Qué son las turbinas de viento flotante?

A diferencia de sus contrapartes fijas de fondo que se introducen en el fondo marino, las turbinas flotantes se montan en plataformas flotantes ancladas al fondo marino por líneas de amarre. Estas plataformas están diseñadas para mantener la estabilidad permitiendo que la turbina funcione de manera eficiente en aguas profundas, y a veces más allá de 60 metros de profundidad. La turbina se sienta en una torre que se adhiere a la estructura flotante, que puede ser de varios metros.

Cuatro tipos principales de diseños de plataforma flotante están en desarrollo:

Plataformas Spar-Buoy

Las plataformas de spar utilizan un cilindro vertical largo y pesado lleno de balasto para bajar el centro de gravedad y proporcionar estabilidad. Son simples, rentables para aguas profundas, pero requieren profundas fortalezas para el montaje y tienen un gran borrador. El proyecto Hywind Scotland, la primera granja de viento flotante del mundo, utiliza tecnología de spar-buoy desarrollada por Equinor.

Plataformas semi-submersibles

Semi-submersibles consisten en múltiples columnas conectadas por pontones. Utilizan buoyancy distribuido y balasto de agua para lograr la estabilidad. Estas plataformas tienen un borrador poco profundo, permitiendo el montaje en puertos e instalación en profundidades moderadas. El proyecto WindFloat Atlantic utiliza este diseño, y muchos desarrolladores lo favorecen por la versatilidad y los costes de instalación más bajos.

Plataformas de Legislatura de Tensión (TLP)

Los TLP se apilan verticalmente en los fondos marinos utilizando tendones tensados. Proporcionan una alta estabilidad con movimiento mínimo, adecuado para turbinas grandes. El diseño es ligero pero requiere una instalación y anclaje complejos. Varios conceptos TLP, como el TLP de GICON, están siendo sometidos a pruebas.

Plataformas de tipo Barge

Las barcazas son simples cascos rectangulares o en forma de pontón que dependen de una gran zona de agua-plano para la estabilidad. Tienen un borrador poco profundo y son más fáciles de fabricar pero pueden experimentar un movimiento más inducido por onda. El proyecto de demostración de la granja del viento flotante Fukushima utilizó una plataforma tipo barca.

Ventajas de las Turbinas de Viento Flotante

Acceso a Vientos más fuertes, más consistentes

Las velocidades de viento son generalmente más altas y menos turbulentas más allá de la costa. Las turbinas flotantes pueden situarse en aguas profundas donde los vientos son más consistentes, mejorando los factores de capacidad. Los estudios indican que las granjas flotantes de viento pueden alcanzar factores de capacidad superiores al 50%, en comparación con alrededor del 35-45% para muchos sitios de fondo fijo.

Opciones de despliegue ampliado

Las turbinas fijas de fondo se limitan a profundidades de agua de 30 a 60 metros, excluyendo vastas plataformas continentales y aguas costeras profundas. Las turbinas flotantes desbloquean áreas como la costa oeste de Estados Unidos, Japón, Portugal y el Mediterráneo, donde la profundidad del agua cae abruptamente cerca de la orilla. Según la Agencia Internacional de Energía, el viento flotante podría abrir más de 11.000 GW.

Disturbios visuales y ambientales reducidos

Debido a que se pueden colocar muchos kilómetros de la costa, las turbinas flotantes son a menudo invisibles desde la costa, reduciendo las objeciones estéticas que pueden detener proyectos en tierra y cerca de la costa. Además, las fundaciones no requieren preparación de los fondos de pilotaje o los fondos marinos, disminuyendo significativamente el ruido y la perturbación del hábitat durante la instalación.

Escalabilidad e instalación eficiente

Las plataformas pueden ser montadas y encargadas en puerto, y luego remolcadas a sitios, lo que permite la necesidad de costosos buques de transporte pesado y construcción offshore. Este enfoque modular acelera la instalación y permite la producción en serie de componentes estandarizados, allanando el camino para la reducción de costos a través de economías de escala.

Retos técnicos y económicos

Gastos de capital elevados

Actualmente, las turbinas flotantes son 2-3 veces más caras por megavatio que las turbinas fijas de fondo. Los costos son impulsados por plataformas de acero especializadas, sistemas de amarre complejos y cables de exportación dinámicos que deben flexión con movimiento de onda. El costo de energía de nivelado (LCOE) para el viento flotante se estima en $150–$200 por MWh, en comparación con $ 60–$90 para el diseño industrial de la cadena de carret.

Complejidad técnica y fiabilidad

La concepción de estructuras flotantes que pueden soportar ondas extremas, corrientes y carga de viento durante 25 años requiere ingeniería avanzada. El movimiento de la plataforma puede imponer cargas adicionales en componentes de turbina, reduciendo la confiabilidad. Los cables dinámicos, que deben soportar la curvatura cíclica y la tensión, son un punto de falla crítico. El R distante se centra en sistemas activos de cocción, materiales ligeros y diseños de conexión robustos.

Instalación y mantenimiento

Mientras el montaje en puerto simplifica la instalación inicial, el mantenimiento continuo en aguas profundas es difícil. El acceso a las turbinas requiere buques especializados y puede limitarse por ventanas climáticas. Los desarrolladores están explorando drones de inspección autónomas, monitoreo remoto de condiciones y diseños de componentes de cambio rápido para reducir los costos de tiempo inactividad y operativo. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable calcula que los costos de OCaltura total de vida temprana.

Conexión de la red

La transmisión de energía de turbinas flotantes distantes requiere cables dinámicos que puedan manejar la profundidad y el movimiento de ondas. Estos cables son más caros y menos eficientes que los estáticos. Los sistemas de corriente directa de alta tensión (HVDC) pueden ser necesarios para largas distancias, añadiendo costos de infraestructura. Las iniciativas colaborativas están desarrollando diseños de cables dinámicos estandarizados y subestaciones flotantes para hacer frente a estos desafíos.

Environmental and Marine Impact

Las turbinas eólicas flotantes tienen una huella ambiental más ligera que la de fondo fijo debido a la mínima interferencia de los fondos marinos. Los sistemas anclas y las líneas de amarre pueden crear efectos de arrecife artificial, potencialmente beneficiando la vida marina local. Sin embargo, el silencia cuidadosa es esencial para evitar hábitats sensibles, rutas migratorias y terrenos de pesca. El ruido de la construcción se limita en gran medida a la construcción de los puertos y la colocación de los cables.

Proyectos líderes y hitos industriales

Hywind Escocia

Operativo desde 2017, la 30 MW Hywind Escocia de Equinor sigue siendo la granja de viento flotante comercial más larga. Cinco 6 MW Siemens Gamesa turbinas montadas en boyas de spar logran factores de capacidad promedio por encima del 50%, demostrando la viabilidad de la tecnología en condiciones duras del Mar del Norte. Las lecciones aprendidas de Hywind informan proyectos más grandes, incluyendo Hywind Tampen (88 MW en Noruega) y propuestos granjas 200 MW+

WindFloat Atlantic

En la costa de Portugal, el proyecto WindFloat Atlantic de 25 MW utiliza tres plataformas semisubmersibles con turbinas MHI Vestas 8.4 MW. En 2020, ha demostrado un alto rendimiento y resistencia, con ondas de 20 metros de altura durante tormentas. El éxito del proyecto ha estimulado el desarrollo de la granja de viento offshore de 30 MW Kincardine en Escocia, también empleando tecnología WindFLT[PriLT]

Otras iniciativas clave

Francia avanza con múltiples proyectos piloto, como la Provenza Grand Large (3 turbinas, 25 MW) y EolMed (3 turbinas, 30 MW). En Japón, el proyecto Fukushima Forward probó una unidad semisubmersible de 7 MW. La Oficina de Gestión de Energía Oceanográfica de EE.UU. ha identificado áreas de arrendamiento potenciales fuera de California, donde el viento flotante es la única opción viable por aguas profundas.

Futuros perspectivas y escalando

El mercado de viento flotante está previsto que crezca de menos de 200 MW hoy a más de 20 GW para 2035, según proyecciones de la industria. Europa, Asia-Pacífico y la costa oeste de Estados Unidos representan los mayores mercados inmediatos. Apoyo de políticas, como financiación de innovación, subastas de energía renovable con carve-outs flotantes específicos, y simplificado permiso, es crucial para desengrasar las inversiones en estadio temprano.

Las vías de reducción de costos incluyen la industrialización de la fabricación de cascos, el uso de materiales más ligeros (concreto en lugar de acero para lastre), tecnología avanzada de amarre y cables dinámicos estandarizados. Infraestructura de rejilla compartida y subestaciones flotantes pueden reducir los gastos de transmisión. Si estas tendencias se materializan, el viento flotante podría lograr la paridad de rejilla con otras renovables en un decenio, desbriendo un recurso energético masivo y limpio vital para cumplir objetivos netos.

Conclusión

Las turbinas eólicas flotantes no son simplemente una mejora gradual de los diseños de base fija; representan un cambio paradigmático en el despliegue eólico offshore. Al eliminar las limitaciones de profundidad, abren las zonas oceánicas más profundas y más eólicas a gran escala de generación renovable. Mientras que los costos actuales y los obstáculos técnicos siguen siendo significativos, rápido progreso tecnológico, creciente confianza de los inversores y fuerte apoyo a la política están impulsando la industria hacia adelante.