En el reciente"Conferencia sobre tecnología de ingeniería de energía eólica marina de China,"El director general de la línea de productos offshore pronunció un discurso de apertura. Hizo hincapié en que los actuales obstáculos en las turbinas eólicas marinas de China residen en las palas y los cojinetes principales. Dada la gran demanda de turbinas eólicas marinas, es fundamental que los fabricantes se centren en ofrecer soluciones que garanticen el retorno de la inversión en función de las cadenas de suministro disponibles, apoyando así el desarrollo sostenible de la energía eólica marina en China.

Viaje de desarrollo de palas de turbinas eólicas

Se repasó la evolución de las palas de aerogeneradores en Europa y China. Entre 1991 y 2015, China le siguió en términos de potencia de turbina y tamaño de palas. Sin embargo, en 2017, China había desarrollado una turbina eólica con un diámetro de 171 metros, superando los 164 metros de Europa. En 2019, tanto Europa como Estados Unidos introdujeron turbinas aún más grandes, con un diámetro de 220 metros. Esta paridad en el tamaño de las turbinas significa que China y Europa se encuentran ahora en un nivel similar en el desarrollo de turbinas eólicas marinas.

Retos e innovaciones en energía eólica

Según una reconocida revista científica mundial, a medida que las turbinas eólicas marinas aumentan de tamaño, el sector de la energía eólica enfrenta importantes desafíos en aerodinámica, dinámica estructural e hidrodinámica. La investigación en estas áreas científicas fundamentales no ha seguido el ritmo de los crecientes diámetros de las turbinas. A diferencia de la industria de la aviación, en la que la envergadura de los aviones no supera los 80 metros ni siquiera después de un siglo, la industria de la energía eólica ha alcanzado en menos de cuatro décadas diámetros de turbina de 200 metros.

Se destacó la importancia del progreso gradual en ingeniería y avances tecnológicos. Aumentar la longitud de la hoja requiere avances en materiales y tecnologías de fabricación. Depender únicamente de las tecnologías existentes para aumentar el tamaño de las palas es insuficiente para respaldar un mayor 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 aventurarse en el"territorio inexplorado"de materiales de velo de fibra de carbono. Esta transición refleja la situación de hace una década, cuando China tuvo que licenciar diseños de palas a empresas europeas, y los materiales y equipos centrales provenían de empresas alemanas o japonesas. Las grandes inversiones en moldes, los plazos prolongados y las tecnologías de proceso inmaduras complican aún más el desarrollo, lo que hace que la eficiencia de procesamiento de las palas de gran tamaño sea significativamente menor que la de las palas convencionales entre 3 y 4 veces. Esto representa un obstáculo importante para garantizar la viabilidad del proyecto en los escenarios actuales de instalación de energía eólica marina a gran escala en China. El velo de fibra de carbono es esencial para la próxima generación de turbinas eólicas, ya que aborda tanto la necesidad de resistencia como propiedades livianas.

Desafíos en la cadena de suministro de rodamientos principales

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

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

2. Sólo hay dos proveedores principales, que exigen reservas de capacidad con al menos un año de antelación.

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

Soluciones e innovaciones en tecnología de rodamientos

La adopción de la tecnología SRB dual para las configuraciones de rodamientos principales garantiza el soporte para turbinas de 5 a 6 MW con un diámetro de 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. Por el contrario, las tecnologías que requieren diámetros más grandes, como TRB dual y DRTRB, enfrentan importantes desafíos de capacidad y eficiencia.

Optimización del rendimiento de las turbinas eólicas marinas

A pesar de los desafíos, la empresa sigue confiando en ofrecer soluciones eólicas marinas que generen retornos de inversión positivos. Se creó un mapa completo del costo nivelado de la energía (LCOE) para los parques eólicos marinos de China, que orienta la definición de las turbinas y ayuda a los desarrolladores a identificar proyectos rentables. La atención no se centra en la capacidad de las turbinas sino en el LCOE, siendo la generación de energía el factor más crítico.

Adaptaciones regionales y análisis de sensibilidad LCOE

Las diferentes regiones requieren distintas combinaciones de potencia de turbina y diámetro del rotor para optimizar el LCOE. La compañía realizó análisis de sensibilidad LCOE para áreas con vientos fuertes como Fujian, áreas con vientos bajos como Guangxi y áreas con vientos medios-bajos como Zhejiang. Los hallazgos indican que las turbinas de 6 a 8 MW son óptimas para escenarios de vientos fuertes, mientras que las turbinas de 4 a 6 MW son mejores para escenarios de vientos bajos a medios bajos. Las velocidades del viento más bajas requieren diámetros de rotor más grandes y viceversa. El uso de Carbon Fiber Veil en estas turbinas es crucial para lograr el rendimiento y la eficiencia deseados.

Abordar las pérdidas por estela en parques eólicos marinos

Los parques eólicos marinos de China enfrentan mayores pérdidas por estela que sus homólogos europeos debido a diseños más densos, velocidades de viento más bajas y atmósferas más estables. Una evaluación de casi 1,5 GW de capacidad de turbinas marinas reveló que las estimaciones iniciales de pérdidas por estela eran aproximadamente un 2% demasiado bajas. Los esfuerzos para reducir las pérdidas por estela mediante tecnología de control de estela grupal han dado como resultado un aumento del 3 al 4 % en la generación de energía. A medida que los diseños de los parques eólicos marinos se vuelven más densos, el valor de la tecnología de control de estela grupal se vuelve cada vez más significativo. La implementación de Carbon Fiber Veil en el diseño de las palas no solo mejora el rendimiento sino que también mitiga el impacto de las pérdidas por estela.