Instalación y conexionado de los aerogeneradores marinos

[Ricardo Berizzo]

Estimados Amigos de la Movilidad Eléctrica

Les envío un artículo sobre lo fascinante que es la instalación  de sistemas

eólicos en alta mar.

Saludos cordiales. Ricardo

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Instalación y conexionado de los aerogeneradores marinos

 

El proceso de ensamblar estas diversas partes componentes en el mar no es tarea fácil, lo que requiere un proceso logístico mucho más sofisticado que el utilizado para los parques eólicos en tierra. Se requieren barcos especiales como las plataformas de jackup para transportar las miles de toneladas de materiales que conforman un aerogenerador marino, plantado, en algunos casos,  hasta 65 metros por debajo del nivel del mar.

 

Los vientos más fuertes que se experimentan en el mar también son parte de la razón por la que los parques eólicos marinos sean más productivos que los terrestres. No hay nada que obstruya, y por lo tanto ralentice, el flujo del viento.

 

 

 Por lo tanto, las velocidades más altas del viento que se experimentan en el mar brindan un mayor rendimiento energético que los parques eólicos terrestres. Además, las tu rbinas eólicas marinas suelen ser mucho más grandes que sus contrapartes terrestres, lo que, nuevamente, contribuye a un mayor rendimiento energético.

 Si bien la instalación de turbinas eólicas marinas es un proceso complejo y lleno de matices, generalmente implica los siguientes cinco pasos clave:

 

1. Preparación del sitio antes de la instalación

Es necesario inspeccionar el lecho marino antes de comenzar el trabajo. Este proceso permite la identificación de posibles peligros u obstáculos y puede señalar la necesidad de nivelar o dragar el lecho marino para proporcionar una base estable para las turbinas.

 

2. Instalación de la base

Buques especializados con equipo de perforación instalan las bases de acero de la turbina (generalmente grandes monopilotes o estructuras de acero), perforándolas en el lecho marino con martillos hidráulicos. Hay diferentes tipos de cimientos como jackets, monopilotes e incluso versiones flotantes.  Para instalar cimientos de monopilote, se cargan en un  buque de instalación que navega hacia el parque eólico, estabilizándose utilizando sistemas de posicionamiento dinámicos. Una grúa de monopila a bordo se utiliza para bajar los cimientos en el mar, donde se conducen hacia el fondo marino usando un martillo hidráulico. El tipo de cimentación que requiere un aerogenerador depende de la profundidad del agua donde se instala: para turbinas instaladas a profundidades inferiores a 15 metros, se utilizan monopilotes.

 

 

En términos relativos, se trata de estructuras simples que consisten en un cilindro de acero grueso anclado directamente al fondo marino. Para turbinas instaladas a profundidades inferiores a 30 metros, se recomienda un sistema de cimentación por gravedad, utilizando una plataforma de hormigón o acero.

Y para turbinas instaladas a profundidades inferiores a 30 o 35 metros, se utiliza una estructura de soporte y anclaje más complejo. Por lo general, esto implica el uso de estructuras tipo jacket (una base de estructura enrejada con tres o cuatro puntos de anclaje) con una pieza de transición en la parte superior que se conecta al eje de la turbina mientras que las patas se anclan al lecho marino con pilotes.

 

3. Instalación de la turbina

Después de fijar las bases en su lugar, los buques de instalación especializados transportan las turbinas al sitio. Todos los componentes de las turbinas eólicas marinas se introducen en el mar en piezas para ser ensambladas en el lugar. Una vez en posición, el buque de instalación baja sus cuatro patas sobre el fondo marino para estabilizarse. La seguridad es siempre máxima prioridad, por lo que sólo se llevan a cabo estas actividades en condiciones climáticas adecuadas con una preparación detallada, probando cuidadosamente la estabilidad de cada componente antes de ejecutar el siguiente paso. Se utiliza una grúa para colocar la torre de turbina de acero en la cimentación. La góndola y el rotor se instalan posteriormente en la parte superior de la torre y por último, las palas se levantan e instalan una por una atornillando al rotor.

 

 

4. Instalación de cables

Usando una variedad de técnicas, los barcos especializados en tendido de cables entierran los cables en el fondo marino para crear una red submarina que conecta las turbinas a una subestación marina. La subestación offshore se encuentra  dentro del sitio del proyecto offshore. La subestación recoge la potencia generada por las turbinas a través de cables, donde luego transforma la potencia en un voltaje más alto y la envía a la orilla a través de un cable de exportación. Una subestación offshore consta de dos partes: la fundación y la parte superior.

La fundación se instala como una base de aerogeneradores en alta mar. La embarcación coloca los cables en el fondo marino, conectándolos con cada turbina a través de los cimientos. Además, la ubicación exacta de los cables también se investiga a fondo antes de la instalación, para asegurar de no afectar hábitats sensibles.

 

5. Puesta en servicio

Una vez instaladas las turbinas y los cables, se prueba el parque eólico para garantizar que funciona correctamente. Después de pasar todas las pruebas eléctricas, de seguridad y de rendimiento necesarias, el sistema se pone en servicio.

 

Cómo se conectan las turbinas eólicas marinas a la red eléctrica

El sistema eléctrico de parque eólico marino consta de seis elementos clave:

    Generadores de turbinas eólicas

    Cables de interturbinas offshore (sistema de recogida eléctrica)

    Subestación offshore

    Cables de transmisión a la orilla

    Subestación en tierra (y cables en tierra)

    Conexión a la red

Las turbinas eólicas marinas están interconectadas a través de una serie de cables que transmiten energía a una subestación marina central. La subestación actúa como un centro, agregando la energía producida por múltiples turbinas.

 

  Desde allí, los cables submarinos de exportación transportan la energía a tierra, donde se distribuye a través del sistema de conexión a la red local. Los cables umbilicales submarinos son importantes para transportar electricidad a la costa. El término "umbilical" se utiliza porque, al igual que un cordón umbilical humano, estos cables proporcionan recursos vitales para que la subestación eólica marina funcione correctamente.

 

A diferencia de un cable de alimentación normal, un cable umbilical submarino combina varios tipos de cables dentro de una única funda. El cable umbilical submarino puede contener cables eléctricos, líneas de datos y tubos para fluidos, todos alojados de forma segura para protegerlos del duro entorno submarino. Son esenciales para las operaciones en alta mar, ya que proporcionan transmisión de datos confiable, energía y suministro de fluidos para garantizar actividades submarinas seguras y eficientes.

 

Las turbinas eólicas generan corriente alterna (CA), que la subestación convierte a un voltaje más alto para minimizar la pérdida durante la transmisión. Para largas distancias, la energía se convierte a corriente continua (CC) utilizando tecnología de corriente continua de alto voltaje (HVDC) (Ver para ampliar en https://transporteelectrico.blogspot.com/2022/08/transmision-hvdc-high-voltage-direct.html), que es más eficiente en rutas submarinas extensas.

 

Los enlaces HVDC ahora se están utilizando en proyectos importantes tanto en Europa como en los EE. UU. Un cable HVDC es un cable utilizado para corriente continua (CC) de alto voltaje. Estos sistemas de cables permiten una transmisión eficiente a larga distancia a altos niveles de potencia. El uso de CC para transportar energía reduce significativamente las pérdidas de energía, especialmente en largas distancias. Esto hace que las líneas HVDC sean ideales para conectar fuentes de energía remotas, como parques eólicos marinos, a la red terrestre.

 

Además, el nivel de voltaje en CC es constante y no fluctúa con el tiempo, lo que lo convierte en una buena opción para equipos que necesitan una fuente de alimentación estable. Una estación convertidora de corriente continua de alta tensión (HVDC) une la corriente continua (CC) y la corriente alterna (CA). La CA puede adaptarse fácilmente a diferentes niveles de voltaje y es más adecuada para la distribución de energía general que la CC, que proporciona una transmisión eficiente de electricidad a larga distancia con una pérdida de energía mínima.

En los últimos años, las estrategias de interconexión han evolucionado para optimizar la eficiencia. En lugar de enlaces separados para parques eólicos individuales, se están desarrollando redes de transmisión compartidas, también conocidas como redes en malla.

 

Perspectivas

En 2022, la industria eólica marina marcó su segundo mayor crecimiento anual, sumando 8.8 GW y aumentando la capacidad global a 64.3 GW  un 16% aumentando con respecto al año anterior. El Global Wind Energy Council (GWEC) prevé una expansión significativa, proyectando 380 GW adicionales para 2032 para alcanzar un total de 447 GW. Para 2050, la expectativa es que la capacidad instalada de energía eólica marina alcance los 1550 GW a escala mundial. En comparación con la capacidad de 2017 que corresponde a un aumento de 80 veces. Los parques eólicos marinos,  proporcionan una pequeña pero creciente fracción de la generación total de energía de parques eólicos. Esta capacidad de generación de energía debe crecer sustancialmente para ayudar a cumplir la premisa de la Red Cero (emisiones netas globales cero)  de la AIE (International Energy Agency)  para 2050 para combatir el cambio climático.

 

 

Ricardo Berizzo

Ingeniero Electricista                                                                        2025.-