Tras tres años y medio de investigación para alcanzar una tecnología eólica marina flotante con menor coste y mayor rendimiento, el proyecto Corewind ha finalizado con nuevas soluciones de optimización de los sistemas de energía eólica flotante marina en términos de diseño, componentes, operación y mantenimiento. Los investigadores también han desarrollado la aplicación FowApp, que permite calcular el coste de la energía y el impacto medioambiental de un proyecto eólico flotante a lo largo de su vida útil.
Actualmente, el 80% del potencial eólico marino se encuentra en aguas a más de 50 metros de profundidad y la tecnología eólica marina flotante tiene el potencial de aprovechar estos recursos eólicos marinos. Para alcanzar el objetivo europeo de la neutralidad climática en 2050, Europa necesita hasta 150 GW de energía eólica marina flotante, pero la rentabilidad sigue siendo una cuestión clave para el despliegue de esta tecnología en Europa.
La energía eólica marina es todavía una tecnología incipiente y su coste es sustancialmente mayor que la eólica marina terrestre. Por ello, el objetivo del proyecto Corewind era reducir significativamente los costes y mejorar su rendimiento a través de la investigación y optimización de sistemas de amarre y anclaje, y cables dinámicos.
Corewind ha sido financiado por los fondos europeos del programa Horizonte 2020 por un coste superior a los 5 millones de euros. Ha sido coordinado por el Instituto de Investigación en Energía de Cataluña (IREC), en colaboración con el Instituto de Hidráulica Ambiental de la Universidad de Cantabria (IHCantabria), la Universitat Politècnica de Catalunya y Cobra Instalaciones y Servicios de la empresa española de mecánica industrial Esteyco. En total, participaron en el proyecto 17 entidades de 8 países diferentes.
Anclaje y amarre compartido
Los parques eólicos flotantes presentan la oportunidad de aprovechar recursos eólicos ubicados en sitios de aguas profundas. Corewind ha demostrado que los diseños de amarres compartidos pueden contribuir a que la energía eólica flotante sea más competitiva en términos de costes.
Los sistemas de energía eólica flotante se fijan en el lugar a través de líneas de amarre unidas a anclas. Estos sistemas de mantenimiento de la estación, que mantienen la posición de la turbina dentro de un radio definido, también protegen los cables dinámicos que exportan la energía generada.
Así, Corewind desarrolló HAWC2Farm, una extensión de HAWC2 que puede modelar múltiples turbinas eólicas con líneas de amarre compartidas. El equipo también desarrolló dos subestructuras flotantes basadas en hormigón (spar y semisumergible) que incluyen los sistemas de anclaje y cableado necesarios para permitir que la electricidad se suministre a la red, mejorando así su competitividad.
Para evaluar el funcionamiento de este tipo de soluciones, se realizaron más de 135 pruebas experimentales en Escocia (al oeste de la Isla de Barra), Gran Canaria y California (Morro Bay) con unas profundidades de 100, 200 y 870 metros, respectivamente, con estos dos diseños de subestructuras flotantes de hormigón sobre las que descansaba una turbina eólica de 15 MW.
A continuación, los investigadores compararon las frecuencias naturales y los diseños de amarre compartidos con los de una turbina amarrada individual. Investigaron la influencia de los parámetros de diseño en las frecuencias naturales de los sistemas y concluyeron que es posible que un diseño de amarre compartido alcance características similares a las de un diseño de turbina única.
Finalmente, los expertos comprobaron la respuesta del diseño de amarre compartido con viento constante y olas regulares, y descubrieron que el movimiento de la turbina y sus cargas en la línea de amarre son considerablemente mayores en comparación con el caso de una sola turbina. De esta manera, el anclaje compartido y las líneas de amarre entre múltiples turbinas pueden reducir los costes hasta la mitad.
Desarrollo de herramientas digitales
Los investigadores de Corewind no solo mejoraron el rendimiento de la tecnología eólica flotante, sino que también desarrollaron nuevas herramientas digitales para el diseño óptimo tanto del sistema de mantenimiento de la estación como de los cables dinámicos, lo que permite reducir los costes derivados en gran medida del sobredimensionamiento.
Las herramientas incluyen un gemelo digital y un modelo de información de construcción, además de una herramienta que permite a los usuarios optimizar la ubicación de varios aerogeneradores en relación con sus vecinos (micrositing), lo que supone un ahorro de costes de alrededor del 5%.
Además, los investigadores de IREC desarrollaron la aplicación de ordenador FowApp que realiza análisis económicos y medioambientales de los parques eólicos marinos flotantes. Proporciona a los profesionales del sector la evaluación de la tecnología, la evaluación del impacto ambiental y el análisis de operaciones. Una información especialmente importante en el desarrollo inicial de un proyecto.
El software calcula el coste nivelado de la energía (LCOE) y realiza una evaluación detallada del ciclo de vida (ACV), mientras que todos los resultados intermedios, como las pérdidas de energía por estela o red, también están disponibles. Incluye una biblioteca editable para las entradas del usuario, como especificaciones ambientales, componentes del parque eólico o medios auxiliares.
El proyecto demostró el potencial de una reducción del coste de entre el 11 y el 18%, correspondiente a un coste nivelado de la electricidad (LCOE) inferior a 100 euros/MWh. En algunos casos, las optimizaciones de Corewind alcanzaron un LCOE de 70 euros/MWh, mientras que el ACV demostró una reducción significativa de la huella ambiental.
El papel de la energía eólica flotante en el futuro
Los hallazgos alcanzados en el proyecto Corewind permitirán fortalecer el papel de la energía eólica flotante marina en el camino a la descarbonización y la neutralidad climática, así como reforzar el liderazgo europeo en este tipo de tecnología renovable.
Para ello, el consorcio del proyecto se ha diseñado para garantizar una adecuada colaboración entre todas las partes interesadas (usuarios, desarrolladores, proveedores, academia, etc.), lo que es esencial para acelerar la comercialización de las innovaciones llevadas a cabo en esta iniciativa europea.