Parques eólicos marítimos (offshore)

Por
Conrado Moreno Figueredo

Al mar también llegan
los aerogeneradores,
para que el dios Eolo
continúe contribuyendo
al desarrollo energético sostenible.

A los parques eólicos ubicados
en plataformas marítimas a cierta distancia de la costa se les denomina parques eólicos marítimos, costa fuera o fuera de costa.
En inglés se les conoce como offshore wind parks. En estos momentos las distancias de la
costa llegan hasta 20 kilómetros
y la profundidad del lecho marítimo donde se han instalado ya alcanza los 18 metros (Fig. 1).

 


El desarrollo de estos parques ha tenido lugar en los últimos años, y las razones han sido las siguientes:

• No presentan limitaciones en cuanto al uso del suelo y de los diversos impactos, como el visual, paisajísticos uso de espacios naturales con otras aplicaciones.
• No hay problemas de impacto sonoro (ruido), por lo que pueden girar a mayor velocidad. En aplicaciones terrestres, la velocidad del extremo de la pala se limita a unos 65 m/s, mientras que en las marítimas alcanza entre 80 a 90 m/s.
• La superficie marina está libre de obstáculos y presenta baja rugosidad superficial.
• Debido a la menor rugosidad superficial y a la menor turbulencia, la velocidad del viento aumenta con la altura más rápidamente en comparación con la tierra, por lo que las torres de instalaciones marítimas pueden ser de menor altura que las terrestres, con la consiguiente disminución de los costos de inversión. Por esto se compensa en parte el sobrecosto de la construcción en la plataforma marítima.
• En general, la turbulencia del viento es mucho menor en el mar debido a la ausencia de obstáculos. De esto se derivan menores esfuerzos a la fatiga sobre el aerogenerador y un aumento de su vida útil.

Breve historia de las instalaciones marítimas
Las primeras propuestas de parques eólicos marítimos tuvieron lugar en los años setenta. La primera turbina que se instaló fue en 1991 en Nogersud, mar Báltico, en Suecia, con una potencia de 220 kW (actualmente está fuera de funcionamiento). El primer parque marítimo fue de carácter demostrativo en Vindeby, Dinamarca, y comenzó su producción quince años atrás, en 1991, con once turbinas de 450 kW, de la marca danesa Bonus (4,95 MW). Le siguieron Holanda, Suecia e Inglaterra, con parques concebidos para la investigación y la exploración. El primer parque marítimo comercial se instaló en Middelgrunden, Copenhagen, Dinamarca, en el 2001, con una capacidad de 40 MW.
Está compuesto por veinte máquinas Bonus de 2 MW. Además de Dinamarca, Suecia, Holanda e Inglaterra, a finales de 2004 aparecía también Irlanda (Tablas 1 y 2).

Tabla 1. Potencia eólica marítima instalada en el mundo (2004 y 2005)

Tabla 2. Parques eólicos marítimos en operación al finalizar el 2005


Otros países, como China, Alemania y Estados Unidos se han propuesto programas ambiciosos de instalación de estos parques (Tabla 3), con los objetivos siguientes:

• Acercar los parques a las áreas cercanas a las regiones altamente consumidoras.
• Disminuir problemas de transmisión y distribución interna dentro del país.

La principal limitación para un desarrollo más acelerado son los costos unitarios de inversión, que son mayores debido fundamentalmente a los gastos de construcción
y de interconexión eléctrica con la costa (Fig. 2).


Fig. 2. Instalación de la torre.

En la tabla 4 se expone que la suma de los costos de cimentación e instalación es muy superior, por lo que se debe tratar de alcanzar menores costos de construcción por kilowatt; de ahí que mientras las potencias de las turbinas sean mayores, son más factibles económicamente. Debido a esto, la tendencia es la fabricación de turbinas multimegawatt para las instalaciones eólicas marítimas.


Tabla 3. Pronóstico para los próximos años


Tabla 4. Costos estimados adicionales de los parques
eólicosmarítimos con respecto a los parques terrestres
(fuente: German Wind Energy Association, BWE)

Diferencias técnicas
Las velocidades promedio son mayores que en tierra, por lo que la potencia eólica disponible es mayor con respecto a los parques eólicos marítimos ubicados en la costa más cercana. Las torres de las máquinas pueden ser más bajas, pues debido a la baja turbulencia y la poca rugosidad superficial, la velocidad aumenta más rápidamente con la altura que en tierra. Las torres y las cimentaciones deben ser lo suficientemente fuertes para resistir el oleaje que impera en sus alrededores, que puede llegar a ser hasta de 20 m en algunos sitios, como en el Mar del Norte, donde ya se han instalado estos parques. En los cálculos de diseño debe tenerse en cuenta la presión dinámica producto de estar sumergidos en el agua, el movimiento de las olas y la oscilación natural propia de la torre (Fig. 3).


Fig. 3. Tres tipos de cimentaciones
han sido concebidas para estas máquinas.

La torre de pilote o monopilote no necesita preparación del fondo del mar, y han sido las más empleadas. Para su instalación es preciso perforar en el fondo del mar. Consisten en un tubo de acero autosustentado que se introduce unos 10-20 m en el fondo del mar. Se caracterizan por un suave balanceo y son adecuadas para profundidades de hasta 25 metros. Las de trípode son hechas con construcciones de acero de tres patas. Suelen estar enterradas con barras en el fondo del mar. Son más rígidas que las anteriores, por lo que su balanceo es menor. Se acomodan en instalaciones a grandes profundidades del mar. Las de islas artificiales de concreto se emplean para profundidades menores, ya que su costo es mayor mientras más profundo se encuentra el fondo marino. Para las mayores profundidades se proponen boyas que soporten una o más turbinas o, pontones que soporten múltiples turbinas (Fig. 4).


Fig. 4. Cimientos tipo pilote.

Las instalaciones eólicas marítimas deben ser resistentes a la corrosión proveniente del aire de mar, que es altamente húmedo y contiene sal, por lo que todo el sistema dentro de la góndola debe estar herméticamente cerrado. También debe tener un sistema de enfriamiento por las altas temperaturas que en verano deben resistir, que afectan la calidad del lubricante, dañan los componentes electrónicos y expanden las partes mecánicas.

La electricidad producida por la turbina tiene parámetros similares a los de las instalaciones terrestres, y debe ser entregada a la red eléctrica que se encuentra en la costa más cercana. Como se conoce, la transmisión de electricidad es mejor mientras mayor es el voltaje, para evitar pérdidas de potencia, de aquí que en estos parques la tensión sea aumentada en subestaciones marítimas cercanas al parque. Por lo tanto, la electricidad es transmitida a la red eléctrica terrestre, que suele estar a mayor distancia (Fig. 5).


Fig. 5. Subestación eléctrica en altamar.

Los parques eólicos marítimos deben estar altamente protegidos contra las tormentas eléctricas, debido a que en altamar son más sensibles a ser alcanzados por estos fenómenos, que afectan principalmente a las palas y los sistemas electrónicos.
Los cimientos y las torres de los parques eólicos marítimos están sometidos a fuertes cargas provenientes del viento y de las olas, por separado o en combinación. Las cargas dependen de parámetros tales como la velocidad del viento, la turbulencia, la profundidad de las aguas, la altura de las olas, las formaciones geológicas y del tipo de parque eólico. Para estimar las cargas es necesario conocer diversos datos, como el peso de las palas y la góndola, que sólo los fabricantes pueden ofrecerlos. Los ingenieros de proyecto deben ser capaces de prever las vibraciones y la fatiga a que estarán expuestos los parques eólicos que se diseñan.

Al no existir limitaciones en cuanto al impacto del ruido producido, en los parques terrestres la velocidad en la punta de la pala se limita a 65 m/s, mientras que en los marítimos puede llegar hasta 90 m/s en los bipalas y 75 m/s en los tripalas, por lo que la productividad de la turbina es mayor.

Los costos de la energía producida por un parque eólico marítimo dependen del recurso eólico, la distancia de la costa y la profundidad del agua. El desarrollo que han tenido estos parques en los últimos años y las perspectivas que presentan en un futuro cercano en varios países ha dependido de las reducciones de los costos de las cimentaciones y la transmisión de potencia, el incremento de los tamaños de las turbinas y la mayor productividad en relación con las turbinas en tierra.

Las condiciones de clima más severas y las largas distancias de las costas hacen que se incrementen los costos de mantenimiento y decrezca la disponibilidad del tiempo de funcionamiento al aparecer reparaciones inesperadas (Fig. 6).


Fig. 6. Mantenimiento de un parque eólico marítimo.

Un aspecto negativo que debe tenerse en cuenta es el ruido que se transmite a través del agua, que se refleja en la superficie marítima y en el fondo del mar, lo que deben atender los proyectistas. Este ruido puede también ser causado por las vibraciones de la propia torre de la turbina y, además, puede alterar el equilibrio ecológico de las especies marítimas que conviven en las inmediaciones del parque.

Requerimientos específicos para la instalación
Para la instalación de parques eólicos marítimos es necesario tener en cuenta elementos que entran en contradicción con el desarrollo del proyecto, como son:

• Paso de ciclones y tormentas.
• Reservas de minerales, como el petróleo.
• Usos militares.
• Actividad pesquera.
• Aspectos medioambientales, principalmente los pasos de aves migratorias, y las zonas de pesca.
• Tráfico aéreo.
• Tráfico marítimo.
• Derechos de estados vecinos sobre el mar.
• Explotación del turismo.
• Existencia de comunicaciones submarinas y cables de potencia.
• Corrientes submarinas.

Todos estos elementos deben ser tenidos en cuenta y para tomar la decisión de instalar estos parques es necesaria la aprobación de las instituciones competentes, las cuales deben emitir su aprobación legal de acuerdo con la legislación vigente sobre los recursos marítimos.

Si además de esto se incluye que el sitio debe tener vientos favorables y que se debe estudiar la profundidad de la plataforma marítima, el nivel de las olas y el oleaje, se llega a la conclusión de que las zonas disponibles pudieran no ser abundantes en un país determinado, incluyendo el nuestro.

Perspectivas en Cuba
No obstante las ventajas que tienen estas instalaciones, hay muchos aspectos que limitan su difusión en los países desarrollados y más aún en países en desarrollo como Cuba. El principal problema está en la factibilidad económica, que depende fuertemente de factores como la distancia de la costa y la profundidad del agua, la conexión a la red, el tamaño del parque y las condiciones locales. Si bien un parque eólico marítimo puede producir hasta 40 % más de energía que un parque eólico terrestre similar, la decisión final sobre el comienzo de un proyecto está en pronosticar el costo del kilowatt-hora generado.

Aunque Cuba es un país rodeado de mar por todas partes y con una plataforma marítima amplia, la posibilidad de instalar parques eólicos marítimos no está cercana, pues los costos aún son altos y la experiencia en la instalación y explotación de parques terrestres es incipiente. No obstante, se recomienda realizar estudios sobre la potencialidad de Cuba de desarrollar estos parques eólicos marítimos, donde se determinen las áreas que cumplan los requisitos, fundamentalmente en cuanto a la distancia de la costa, la profundidad de las aguas, altura de las olas, la intensidad del oleaje, características del viento, ubicación del punto de conexión a la red en tierra y demás elementos antes mencionados, como el desarrollo turístico y las áreas protegidas, en aras de conocer nuestra potencialidad y estar preparados para posibles y futuras inversiones.