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Hierro fundido para proyectos de energía renovable marina.

turbina eólica marina

¿Será conveniente utilizar el hierro fundido para proyectos de energía renovable marina?

El lastre ha sido implementado recientemente por varias instalaciones de energía renovable marina.

En particular, las estructuras basadas en la gravedad y las tecnologías de aerogeneradores flotantes requieren sistemas de amarre de alta calidad para restringir sus movimientos y facilitar la instalación y el mantenimiento.

El balastro de hierro fundido responde a todos estos requisitos y se puede implementar fácilmente en diferentes diseños con varias funciones.

Compartimos contigo nuestro episodio de podcast sobre el articulo

Aplicaciones de lastre en la industria de energía renovable marina

Lastre a base de gravedad

Las estructuras basadas en la gravedad son un tipo bastante común de cimientos de turbina de marea, mantenidos en su lugar por el lastre adicional.

Cuando estos cimientos están hechos de concreto, se necesita una estructura de soporte masivo que lleve a un alto costo material y logístico.

Por el contrario, el hierro fundido es mucho más denso, más fuerte y más duro que el concreto y da como resultado una solución rentable, mucho menos propensa a impactos y deformaciones.

El lastre de hierro fundido puede variar en forma y peso y puede alcanzar hasta 20 toneladas.

Un buen ejemplo es SABELLA, que se colocó en las fuertes corrientes de marea de las aguas del paso Fromveur, cerca de Ushant, en el norte de Francia, para producir energía al capturar el movimiento cinético de las mareas.

El fabricante francés de turbinas de marea eligió lastre de hierro fundido para estabilizar su solución debido a las siguientes ventajas:

  • Se puede colocar una base de lastre sin importar qué tipo de fondo marino, duro o blando.
  • No se necesitan investigaciones en profundidad del sitio geológico.
  • El diseño simple de la base de balasto no requiere un mantenimiento frecuente.
  • El hierro fundido garantiza una protección altamente confiable contra la erosión y otros daños del revestimiento.
  • La utilización de lastre de hierro fundido cuesta mucho menos que una cimentación perforada.
  • La instalación es mucho más segura ya que la base de lastre no se adapta a los operadores humanos y se puede caer rápidamente al fondo marino con una máquina de trabajo pesado.
  • El lastre de hierro fundido está hecho de acero reciclado.
  • El hierro fundido también se puede usar dentro de cimientos, lo que requiere un sistema de lastre estático.
  • El hierro fundido optimiza la eficiencia y los costos de los anclajes, especialmente los de las pilas de succión cuyo diámetro puede reducirse mediante la implementación de una cantidad específica de lastre de hierro fundido en su parte superior.

Cables submarinos

Dado que los cables se implementan en casi cualquier paso de un proyecto en alta mar, su protección es uno de los requisitos más importantes para la sostenibilidad del proyecto.

 

Una de las soluciones más efectivas y convenientes actualmente, son las carcasas protectoras hechas de hierro fundido.

 

Combinar los aspectos de protección, estabilización y restricción de doblez de las carcasas en un solo producto, ha sido una solución ofrecida por la fundición francesa FMGC.

El diseño hidrodinámico de las carcasas protectora y de balastro produce un aumento del radio de curvatura para acercarse al cable y al relieve submarino y garantiza una instalación más fácil y rápida, lo que provoca una disminución de los costos de instalación.

Las carcasas de hierro fundido se pueden utilizar en la protección y el lastre de la electricidad submarina, las transmisiones y los cables de telecomunicaciones, pero también en general para conductos submarinos.

El diseño específico y la elección del material de fundición contribuyen en este caso a una importante reducción de costos debido a:

  • La eliminación de la necesidad de otros sistemas de estabilización, como colchones de hormigón o volcado de rocas.
  • El cable garantiza protección y estabilización óptima gracias al mayor grosor de las carcasas en comparación con otras disponibles en el mercado.

La mayoría de los fabricantes estudian las propiedades mecánicas y el comportamiento del producto en condiciones operativas debido a la importancia que tienen las carcasas protectoras y el balastro.

El uso de hierro fundido para depósitos de lastre en alta mar garantiza la protección, estabilidad, resistencia y el mejor rendimiento posible del cable gracias a las propiedades mecánicas del material que pueden soportar la dureza de los ambientes marinos.

Pesas de grupo

Los pesos de grupos son otra solución de lastre hecha de hierro fundido y especialmente diseñada para compensar las fuerzas verticales contra el ancla y restringir los movimientos de una estructura flotante eólica marina o una plataforma flotante de petróleo y gas.

Tratar de que las turbinas flotantes se mantengan firmes en su lugar de forma confiable y rentable es un desafío común para el creciente sector de energías renovables.

Si el amarre en alta mar se diseña y fabrica de manera confiable, la instalación y el mantenimiento de todo el dispositivo se simplifican significativamente con componentes dedicados.

Las pesas de hierro fundido están disponibles en dos modelos:

  • La configuración “distribuida” es un conjunto de pesas agrupadas de tamaño mediano, en un segmento de las líneas de amarre cerca del punto de toma de contacto. Esta configuración permite la reducción de las longitudes de las líneas de amarre y, por lo tanto, los costos asociados, manteniendo una efectividad óptima.
  • La configuración “mutualizada” consiste en un peso de grupo, unido a un punto específico de la línea de anclaje. Esta configuración neutraliza el impacto del viento y las olas en la línea de anclaje y conduce a una reducción de las tensiones aplicadas en las líneas de amarre.

Gracias a su alta densidad, los pesos de hierro fundido aseguran una solución compacta que contribuye a la dinámica, efectividad del amarre y a la capacidad de los flotadores para manejar las solicitudes inducidas por su entorno (viento, olas …)

Sin embargo, los diseños de turbinas y los flotadores varían en tamaño y formas para poderse adaptar a funciones mejoradas, pero continúan siendo más costosa.

Floatgen, es líder europeo en la fabricación de contrapesos de hierro fundido. De hecho, son los primeros grupos de pesas en Francia que se han usado para la instalación de un aerogenerador flotante en alta mar y ha contribuido significativamente a los rendimientos flotantes a través de un sistema de amarre optimizado.

¿Por qué elegir hierro fundido?

Como se mencionó anteriormente, el hierro fundido presenta una serie de ventajas. El dimensionamiento correcto, eliminando cualquier tamaño excesivo y la alta densidad del material minimiza significativamente el costo de los proyectos.

Además, las soluciones de hierro fundido son totalmente reciclables al final del proyecto.

En tiempos de desafíos climáticos y debates en curso, el sector de las energías renovables marinas es uno de los segmentos industriales más prometedores y para prosperar, el mercado necesita soluciones innovadoras para superar los desafíos con mayor seguridad y mayor rendimiento a un costo razonable.

 

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Turbina Eólica Marina: Covierte la fuerza del viento en electricidad

Una turbina eólica marina, es decir, instalada en el mar, permite convertir la fuerza del viento en electricidad .

La turbina eólica marina opera según el mismo principio que los modelos terrestres tradicionales: utilizan la energía cinética del viento para transformarla en electricidad. Cuando una turbina eólica produce electricidad, también puede describirse como un generador de aire.

El viento da vuelta a las cuchillas, generalmente tres .Estos conducen un generador que transforma la energía mecánica creada en energía eléctrica, siguiendo el principio de una dínamo.

La principal diferencia entre un modelo marino y un modelo de turbina eólica es la naturaleza de la cimentación.

Que permite que se fije en el suelo o se ancle al lecho marino. Las turbinas de viento costa afuera también deben ser muy robustas para soportar duras condiciones marinas.

La turbina eólica marina a menudo se ensambla en un “parque eólico” que generalmente comprende entre 20 y 50 turbinas de varios megavatios (MW) de potencia unitaria.

Los parques costa afuera tradicionales generalmente no se instalan en áreas donde la profundidad supera los 40 metros.

Algunas instalaciones “costeras” en  alta mar (a más de 30 kilómetros de la costa), con bases flotantes, se encuentran ahora en la fase de diseño.

Funcionamiento Técnico o científico de la Turbina Eólica Marina

La turbina eólica marina está diseñada específicamente para resistir la corrosión.

También tiene sensores específicos para un mayor control.

La plataforma y la torre están equipadas con sistemas de regulación de control de humedad y temperatura para evitar cualquier riesgo de corrosión interna.

La góndola está equipada con dos grúas hidráulicas para el manejo de herramientas y repuestos en cualquier punto de la turbina eólica.

La evolución de las instalaciones eólicas en alta mar

Si los primeros prototipos de aerogeneradores costa afuera eran copias simples de las turbinas eólicas en tierra, las máquinas se han adaptado gradualmente al mar.

Los desarrollos tecnológicos actuales, y en particular la evolución esperada de las máquinas en tamaño y potencia, son en otras partes características de las turbinas eólicas marinas.

La turbina eólica marina también se diferencia cada vez más de la turbina eólica terrestre por su diseño técnico adaptado al entorno marino. Si se ven iguales, sus condiciones de operación son diferentes.

Las cimentaciones marinas son el aspecto más notable de sus particularidades, ya que deben estar ancladas o hundidas en el lecho marino.

También deben resistir la corrosión, las tormentas y las tensiones creadas por los cuerpos de agua circundantes.

Los primeros proyectos eólicos marinos consistieron en la instalación de turbinas eólicas en aguas poco profundas o medianas, de 5 a 40 metros de profundidad.

Más allá, es difícil y muy costoso plantar el aerogenerador en el lecho marino o depositar su base.

Superar la restricción de la profundidad del agua es una pista interesante, especialmente en países como Francia.

Donde las profundidades superan rápidamente los 40 metros cuando uno se aleja de la costa.

A finales de 2017, la profundidad media de los parques eólicos marinos en aguas europeas era de 27,5 m.

Con un promedio de 41 km mar adentro.

Los proyectos de turbinas eólicas flotantes, situados a varios kilómetros de los lados de más de 50 metros de profundidad, ofrecen interesantes perspectivas.

A diferencia de las turbinas eólicas marinas tradicionales, sus cimientos no están incrustados en el fondo marino sino que están anclados por medio de cables.

Es por eso que su instalación se simplifica y los requisitos de material se reducen en gran medida.

Ventajas y desventajas de la tecnología eólica marina

Un nuevo potencial eólico:

  • La tecnología eólica marina se ha beneficiado de una gran parte de los avances tecnológicos recientes en la energía eólica terrestre.
  • Una de las energías renovables más maduras.
  • El mar es plano, los vientos encuentran menos obstáculos y, por lo tanto, son más sostenidos.
  • Más regulares y menos turbulentos que en tierra.
  • A igual potencia, una turbina eólica marina puede producir hasta 2 veces más electricidad que una turbina eólica.
  • El mar ofrece grandes espacios libres de obstáculos, donde la instalación de máquinas es posible, sujeto a consultas con otros usuarios del mar.

Límites encontrados para su explotación:

  • Las inversiones iniciales en proyectos eólicos marinos son significativamente más altas que en proyectos en tierra firme.
  • Particularmente debido a los costos adicionales de las fundaciones y la conexión.
  • Aunque los vientos son más constantes en el mar que en tierra, la energía eólica marina también es intermitente .
  • La turbina eólica está sujeta mecánicamente no solo a las fuerzas del viento sobre las palas y la estructura.
  • Sino también a las fuerzas creadas por las corrientes.
  • La instalación de aerogeneradores costa afuera es más complicada que en tierra. Se deben usar botes adaptados.
  • El mantenimiento de las turbinas eólicas también es más complicado y más costoso que en tierra.
  • Si ocurre una falla, puede tomar varios días antes de la reparación, lo que resulta en una pérdida de producción.
  • La conexión eléctrica requiere la instalación de cables submarinos en la costa, que pueden estar a varios kilómetros de distancia.
  • Para distancias largas, se debe utilizar el enrutamiento de CC y los convertidores de potencia electrónicos deben combinarse para reducir la pérdida de potencia.

Constructores

En 2016, la Sewind chino (que construyó parte de las turbinas eólicas de Siemens bajo licencia) y la alemana Siemens eran con mucho los dos fabricantes eólico marino más grande.

De acuerdo con Bloomberg New Energy Finance (Siemens Wind Power posteriormente se fusionó con el Grupo español Gamesa en abril de 2017 ).

MHI Vestas es también un importante fabricante de turbinas eólicas marinas.

Operadores

  • El danés Ørsted (anteriormente Dong Energy)
  • Alemán E.ON Climate and Renewables.
  • el sueco Vattenfall y el danés DONG son los principales operadores de parques eólicos marinos de todo el mundo.

Zona de presencia o aplicación

La explotación de los recursos eólicos en el mar es particularmente apropiada para países con una alta densidad de población.

Y que tienen dificultades para encontrar sitios adecuados en tierra y tienen una zona costera y ventosa.

El norte de Europa está particularmente bien equipado para la explotación de la energía eólica marina.

Con velocidades del viento superiores a 8 m / sa 50 m de altura, es decir, una densidad de potencia superior a 600 W/.

Para evitar colisiones, estos parques se marcan en los cuadros y visualmente mediante el uso de luces de posicionamiento.

El Reino Unido tiene el primer parque eólico marino del mundo, por delante de Alemania y China.

A finales de 2016, casi el 88% de las instalaciones eólicas marinas en el mundo se encontraban en las aguas de 10 países europeos.