En la reciente Conferencia de Tecnología de Ingeniería de Energía Eólica Marina de China, el director general de la línea de productos marinos pronunció un discurso de apertura. Hizo hincapié en que los principales obstáculos para la producción de turbinas eólicas marinas en China residen en las palas y los cojinetes principales. Dada la alta demanda de turbinas eólicas marinas, es fundamental que los fabricantes se centren en ofrecer soluciones que garanticen la rentabilidad de la inversión a través de las cadenas de suministro disponibles, apoyando así el desarrollo sostenible de la energía eólica marina en China.

Proceso de desarrollo de las palas de las turbinas eólicas

Se analizó la evolución de las palas de los aerogeneradores en Europa y China. Entre 1991 y 2015, China se mantuvo a la zaga en cuanto a potencia y tamaño de las palas. Sin embargo, en 2017, China desarrolló un aerogenerador con un diámetro de 171 metros, superando los 164 metros de Europa. Para 2019, tanto Europa como Estados Unidos introdujeron aerogeneradores aún más grandes, con un diámetro de 220 metros. Esta paridad en el tamaño de las turbinas indica que China y Europa se encuentran ahora en un nivel similar en el desarrollo de aerogeneradores marinos.

Retos e innovaciones en la energía eólica

Según una prestigiosa revista científica internacional, a medida que aumentan de tamaño las turbinas eólicas marinas, el sector de la energía eólica se enfrenta a importantes desafíos en aerodinámica, dinámica estructural e hidrodinámica. La investigación en estas áreas científicas fundamentales no ha avanzado al mismo ritmo que el creciente diámetro de las turbinas. A diferencia de la industria aeronáutica, que no ha visto superar los 80 metros de envergadura en aeronaves ni siquiera después de un siglo, la industria de la energía eólica, en menos de cuatro décadas, ha alcanzado diámetros de turbina de 200 metros.

Se destacó la importancia del progreso gradual en ingeniería y los avances tecnológicos. Aumentar la longitud de las palas requiere avances significativos en materiales y tecnologías de fabricación. Depender únicamente de las tecnologías existentes para incrementar el tamaño de las palas resulta insuficiente para impulsar el desarrollo de la energía eólica marina.

La necesidad de materiales para velos de fibra de carbono

Para soportar palas marinas más largas, la industria debe adentrarse en el territorio inexplorado de los materiales de velo de fibra de carbono. Esta transición refleja la situación de hace una década, cuando China tuvo que licenciar diseños de palas de empresas europeas, con materiales y equipos de origen alemán o japonés. Las grandes inversiones en moldes, los largos plazos de entrega y las tecnologías de procesamiento aún inmaduras complican el desarrollo, reduciendo significativamente la eficiencia de procesamiento de las palas de gran tamaño en comparación con las palas convencionales (entre 3 y 4 veces). Esto representa un importante obstáculo para garantizar la viabilidad de los proyectos en los escenarios actuales de instalación de aerogeneradores marinos a gran escala en China. El velo de fibra de carbono es esencial para la próxima generación de turbinas eólicas, ya que satisface la necesidad de resistencia y ligereza.

Desafíos en la cadena de suministro de cojinetes principales

El cojinete principal es otro cuello de botella, derivado de desafíos de diseño, problemas en la cadena de suministro y complejidades de instalación. Específicamente, la cadena de suministro de cojinetes principales para grandes turbinas marinas enfrenta tres desafíos clave:

1. El diámetro del anillo del cojinete principal suele superar los 2 metros, sobrepasando la capacidad de la mayoría de las máquinas herramienta disponibles.

2. Solo existen dos proveedores principales, que requieren reservas de capacidad con al menos un año de antelación.

3. Actualmente, los proveedores nacionales carecen de la capacidad de diseño y procesamiento necesaria para fabricar rodamientos de este tamaño.

   
   

Soluciones e innovaciones en tecnología de rodamientos

La adopción de la tecnología SRB dual para configuraciones de cojinetes principales garantiza la compatibilidad con turbinas de 5 a 6 MW con un diámetro inferior a 1,5 metros. Esta solución, respaldada por una sólida cadena de suministro global, permite la participación de proveedores locales en el diseño y la producción. En cambio, las tecnologías que requieren diámetros mayores, como TRB dual y DRTRB, presentan importantes desafíos en cuanto a capacidad y eficiencia.

Optimización del rendimiento de las turbinas eólicas marinas

A pesar de los desafíos, la empresa mantiene la confianza en ofrecer soluciones de energía eólica marina que generen rentabilidad. Se elaboró ​​un mapa exhaustivo del coste nivelado de la energía (LCOE) para los parques eólicos marinos de China, que sirve de guía para la definición de las turbinas y ayuda a los desarrolladores a identificar proyectos rentables. El enfoque no se centra en la capacidad de las turbinas, sino en el LCOE, siendo la generación de energía el factor más importante.

Adaptaciones regionales y análisis de sensibilidad del LCOE

Las distintas regiones requieren combinaciones variables de potencia de turbina y diámetro de rotor para optimizar el LCOE. La empresa realizó análisis de sensibilidad del LCOE para zonas de viento fuerte como Fujian, zonas de viento débil como Guangxi y zonas de viento medio-bajo como Zhejiang. Los resultados indican que las turbinas de 6-8 MW son óptimas para escenarios de viento fuerte, mientras que las de 4-6 MW son las mejores para escenarios de viento débil a medio-bajo. Las velocidades de viento más bajas requieren diámetros de rotor mayores y viceversa. El uso de velo de fibra de carbono en estas turbinas es crucial para lograr el rendimiento y la eficiencia deseados.

Cómo abordar las pérdidas por estela en parques eólicos marinos

Los parques eólicos marinos de China sufren mayores pérdidas por estela que sus homólogos europeos debido a la mayor densidad de instalación, la menor velocidad del viento y la mayor estabilidad atmosférica. Una evaluación de casi 1,5 GW de capacidad de turbinas marinas reveló que las estimaciones iniciales de las pérdidas por estela eran aproximadamente un 2 % inferiores a las reales. Los esfuerzos por reducir estas pérdidas mediante la tecnología de control de estela en grupo han dado como resultado un aumento del 3-4 % en la generación de energía. A medida que aumenta la densidad de los parques eólicos marinos, el valor de la tecnología de control de estela en grupo se vuelve cada vez más significativo. La implementación de un velo de fibra de carbono en el diseño de las palas no solo mejora el rendimiento, sino que también mitiga el impacto de las pérdidas por estela.