La evolución de la tecnología eólica para la producción de electricidad a través de aerogeneradores comenzó de forma comercial en Europa a principios de los años ochenta, fundamentalmente en Dinamarca y Alemania, y su desarrollo en los últimos 40 años ha sido espectacular.
Dicha evolución se centra, fundamentalmente, en los cambios de los generadores eléctricos para operar de forma eficiente ante los cambios de velocidad del viento, las mejoras aerodinámicas de las palas y la reducción de cargas. Más recientemente, se han concentrado en el incremento del diámetro del rotor, la mejora del control para operar con largas palas y los cada vez más exigentes códigos de red, la adaptación de la electrónica de potencia para cumplir con estos códigos y la digitalización.
Todo ello ha permitido la reducción del coste de generación con el viento y, en consecuencia, un incremento sustancial de la potencia eólica a nivel mundial y un incremento sostenido de la penetración de la electricidad generada con la eólica en la mayoría de países desarrollados.
En España hemos pasado de prototipos de menos de 100 kW, alturas de torre de 12 metros y rotores de 10 metros de diámetro en eólica terrestre a aerogeneradores multimegavatio con un rango de potencia unitaria de entre 2 y 5 MW, torres de entre 100 y 140 metros de altura, palas que superan los 66 metros de longitud y rotores con diámetros de entre 90 y 132 metros. Alguno, como la nueva plataforma onshore 5.X de Siemens Gamesa, incluye un rotor de 170 metros de diámetro, el más grande de la industria eólica terrestre.
La tecnología ha avanzado tanto que los nuevos modelos de aerogeneradores son capaces de adaptarse y ser rentables en emplazamientos con condiciones muy extremas y en regiones con requisitos de difícil conexión. Además, las máquinas actuales son mucho más silenciosas, por lo que es más fácil su integración en zonas cercanas a poblaciones.
En el caso de la eólica marina, cuyos inicios se remontan a principios de la década de los noventa con la instalación del primer parque offshore en Dinamarca, los avances han sido mucho más sorprendentes, con turbinas cada vez más grandes y eficientes que ya alcanzan los dos dígitos de capacidad unitaria, todavía en fase experimental, y que se están instalando en parques eólicos en diferentes partes del mundo, especialmente en Europa.
En septiembre pasado, Vestas lanzó al mercado la turbina V164, de 10 MW de potencia, para su instalación comercial a partir de 2021. Unos meses antes, General Electric presentó Haliade-X, la turbina eólica offshore más grande y potente del mercado hasta la fecha, de 12 MW de potencia y un tamaño cinco veces superior al Arco del Triunfo de París. A principios de este año, Siemens Gamesa lanzó el nuevo aerogenerador SG 10.0-193 DD, de 10 MW de potencia y 193 metros de diámetro de rotor, cuyas palas son más largas que un Airbus 380.
Reducir costes
El aumento del tamaño de los aerogeneradores y, sobre todo, del diámetro del rotor para aumentar el área de barrida y poder captar más viento en emplazamientos de vientos bajos y medios a fin de optimizar la producción -tal y como recoge uno de los capítulos del libro Dominando el viento. Evolución tecnología eólica en España, escrito por Jorge Cortina-, ha ido en paralelo a la necesidad de responder a la demanda de inversores y promotores de reducir el coste de construir y operar una instalación eólica en tierra a lo largo de toda su vida útil, de cara a ser competitivos frente a otras tecnologías y reducir el coste de la energía generada.
Para conseguir esos diámetros de rotor, ha sido necesario mejorar los diseños aerodinámicos y reducir los pesos de las palas. Esto ha sido posible gracias al uso de materiales compuestos y más sofisticados, como las fibras de vidrio y de carbono y diferentes tipos y mezclas de resinas y materiales.
A diferencia de la eólica terrestre, donde el coste del aerogenerador suele suponer dos tercios del coste total de la instalación, en eólica marina el peso relativo del aerogenerador es un tercio del coste total, de ahí que uno de los principales retos tecnológicos -y también logísticos- sea disminuir el coste de las estructuras de soporte (sistemas fijos y flotantes) y de los sistemas de instalación y conexión a la red de estas instalaciones (grandes grúas flotantes y barcos equipados con grandes patas que descienden al fondo marino), que aumentan a medida que lo hace la distancia al litoral y la profundidad de las aguas.
Tecnología en España
Una parte importante de los aerogeneradores que se están instalando en los parques eólicos que se están construyendo en España, fruto de las subastas de renovables, llevan la firma de Siemens Gamesa.
Hace justo un año, la compañía anunciaba la adjudicación del suministro de 92 aerogeneradores para diez parques eólicos en España, concretamente en Guadalajara, Lugo, Málaga, Zaragoza, Huesca, A Coruña y Cádiz, que suman una potencia total de 289 megavatios. La mayoría de las máquinas son del modelo SG 3.4-132, considerado por la compañía como uno de los más punteros y eficientes, con un rotor de 132 metros diámetros, lo que supone que cada pala mide 64,5 metros.
Uno de los parques más grandes que se están construyendo con este modelo es el complejo eólico Cavar, de Iberdrola, formado por cuatro parques eólicos, con una capacidad instalada de 111 megavatios y 32 turbinas, ubicados en los municipios navarros de Cadreita y Valtierra.
También han sido suministrados para el parque eólico El Marquesado, de Viesgo, que recientemente ha finalizado los trabajos de instalación y montaje de los 7 aerogeneradores que lo conforman, cuya entrada en funcionamiento está prevista este verano. La nueva instalación está en Puerto Real (Cádiz) y tiene una potencia total de 24 MW.
Las turbinas disponen de un sistema inteligente que les permite reducir automáticamente la potencia de generación en función del aumento de la temperatura, que normalmente es muy elevada en el emplazamiento. De esta forma, con una temperatura exterior de 40ºC, la potencia de generación se reduce a 1,8 MW en lugar de su potencia nominal de 3,4 MW, por lo que es posible generar energía en situaciones en las que un aerogenerador habitual no podría hacerlo.
Viesgo está estudiando la posibilidad de instalar tres sensores ultrasónicos en el buje del aerogenerador. Con esto se consigue tener una medición del recurso eólico que recibe sin que afecte el paso de las palas. Su instalación permitirá obtener datos de viento sin necesidad de torre meteorológica adicional.
La experiencia de Vestas como desarrollador de productos y soluciones en el sector eólico ha permitido a la compañía danesa seguir innovando con nuevas soluciones para reducir los costes de la eólica.
A principios de año lanzó EnVentus, una innovadora plataforma modular, apta tanto para el mercado terrestre y marino, que combina la tecnología y diseños de sistemas de sus plataformas de 2, 4 y 9 megavatios, para cubrir condiciones de viento bajas, medias y altas.
Las dos nuevas turbinas -V150 y V162 de 5,6 MW- tienen un convertidor a gran escala para cumplir los requisitos de red complejos y las exigencias de cada mercado local, que se combinan con un generador de imanes permanentes para lograr la máxima eficiencia. El sistema se completa con un tren de potencia que compacta la multiplicadora.
Digitalización
La digitalización también ha llegado al sector eólico. Hoy en día es una realidad y ya se está incorporando en las estrategias a corto y medio plazo de las empresas para elevar los grados de eficiencia en toda la cadena de valor del sector eólico, abriendo nuevas vías para conectar y compartir, además de impulsar formas innovadoras de analizar información, siguiendo las pautas de la industria 4.0.
Conocer y controlar el funcionamiento de los equipos clave en las instalaciones de generación eólica a través de los gemelos digitales que simulan el comportamiento de los aerogeneradores, permite internalizar las estrategias de predicción operativa en todos los ámbitos de las operaciones, así como conocer los potenciales fallos y el "estado de salud" de los proyectos, para optimizar el funcionamiento y permitir alargar la vida útil de los mismos.
Las nuevas soluciones digitales permitirán tener proyectos más eficientes, predecir fallos de los componentes, planificar mejor la O & M, así como un mayor control a tiempo real en función del precio del mercado. En definitiva, ayudará a los clientes a tener un mejor conocimiento del funcionamiento y tomar decisiones con tiempo suficiente para reducir sus costes, incrementar sus ingresos y, en última instancia, mejorar la eficiencia económica de la planta.
La española Smartive, con sede en Barcelona, es una de las empresas dedicadas a desarrollar plataformas inteligentes para mejorar el funcionamiento y la eficiencia del mercado energético.
Utiliza la inteligencia artificial, computación en la nube y algoritmos de extracción de datos para brindar soluciones inteligentes y eficientes a sus clientes, y está enfocada en brindar interfaces intuitivas y sencillas para brindar un análisis preciso de datos en tiempo real capaces de supervisar, monitorear, diagnosticar y predecir el rendimiento de los aerogeneradores.
Kaiserwetter, fundada hace siete años en Hamburgo (Alemania), es otra de las empresas especializadas en servicios digitales a nivel mundial. Hace dos semanas lanzó Iris, una nueva herramienta que ofrece análisis detallados del estado y potencial de aerogeneradores con un alcance que abarca la totalidad del parque eólico en tiempo récord.
La llegada de Iris, según la compañía, "permite al inversor tener un horizonte mucho más seguro y un riesgo mucho menor, con cifras de hasta un 4% de mejora del rendimiento, que le permite proyectar de cara a un plazo de tiempo mucho más largo".
No solo las empresas propietarias de plantas incorporan la digitalización en su estrategia operativa, también las compañías de mantenimiento prestan cada vez más atención a estas soluciones, tal y como se pone hoy en evidencia en el Seminario organizado por Aemer, bajo el título Optimización de SCADAS y Digitalización.
Apuesta de España por la eólica marina
Los planes para la instalación de nueva potencia renovable en España en los próximos años, especialmente eólica y fotovoltaica, han relegado a la eólica marina a los últimos puestos de la tabla en el camino para avanzar hacia un modelo más sostenible. Sin embargo, las cosas podrían cambiar antes de que finalice el año. La noruega Equinor ha recibido la autorización del Gobierno de Canarias para implantar el que será el primer gran parque eólico marino del país, de 200 megavatios de capacidad. Si se iniciaran los trámites para su construcción este año, tal y como prevé la empresa, su puesta en marcha podría tener lugar en 2024.
