UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA
LUIS MARIANO RIVERA:
ENERGÍA EÓLICA; (AEROGENERADORES MARINOS) UNA ALTERNATIVA EN EL MARCO DE LAS NUEVAS MODALIDADES ENERGÉTICAS:
MODELO PROTOTIPO DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA:
COMPILADOR: (Phd). (Dr): NESTOR J. MALAVE MATA:
LINEA DE INVESTIGACIÓN; TECNOLOGÍA; CIENCIA Y AMBIENTE APROVECHABLE:
EJE DE DINAMICIDAD: EJE PROYECTO FACTIBLE:
Introducción:
En los diversos escenarios y contextos regionales, latinoamericanos, y mundiales, el avance de la tecnología y el despliego de la ciencia avanza a pasos agigantados, en universidades europeas, asiáticos, norteamericanas, se diseñan esquemas de trabajo en muchos planos de la industria el desarrollo energético, de la ciencia y la tecnología a pasos gigantes, donde el trabajo de las empresas e industrias públicas del estado, se describen por los esquemas tecnológicos y trabajados en universidades como la de México, Brasil, Argentina, Chile, Uruguay, Venezuela, Puerto Rico, Nicaragua, entre otros países del conteniente.
La realidad social y comunitaria, en América Latina y el orbe, se describe, por una realidad de fortalecer esquemas energéticos como una alternativa importante en el desarrollo humano, la creatividad, la ciencia y la innovación. La creación de las industrias, empresas en sus múltiples y diversas modalidades esparcidas por los estados en varias naciones se explican con diseñar y crear renovadas tecnología, pero también crear las bases socio tecnológicas e industriales, las capacidades instaladas, los modelos, formar el capital humano que en América Latina, Europa, Asia encaminen los cambios para mejores a la humanidad.
Por ejemplo, la creación de la turbina eólica moderna fue inventada por un escocés, el ingeniero eléctrico James Blyth, en 1887. Todo lo que se inventa surge por una necesidad. A veces por error, pero en otras por puro ingenio y curiosidad. Y eso fue lo que pasó con este pionero que construyó un aerogenerador para iluminar su casa de vacaciones. La forma y el tamaño de la turbina eran muy distintos de las que vemos hoy. Medía 10 metros de altura y constaba de una torre trípode de madera, velas de lona semicilíndricas y un eje rotor principal vertical. Otras fuentes también nos dicen que, en 1887, el científico estadounidense Charles F. Brush (1849-1929) construyó la primera turbina eólica para la generación de electricidad, que tenía un diámetro de rotor de 17 metros y 144 palas de rotores hechos de madera de cedro.
De ese tiempo hasta nuestros días, la evolución y la necesidad de recurrir a esta manera de generar energía alternativa se ha incrementado, en muchos países en el orbe. En la actualidad los aerogeneradores o turbinas eólicas pueden medir entre 80 y 120 metros a diferencia de aquellas construidas por Blyth y Brush, como prototipo citado como ejemplo. Las palas, incluso, pueden llegar a los 100 metros de longitud y pesar un aproximado de 200 toneladas. La transición hacia un futuro sostenible depende en gran medida de nuestra capacidad para aprovechar fuentes de energía renovable y limpia. La energía eólica es una de las oportunidades para desarrollar tecnologías emergentes más prometedoras y se destaca como una solución viable para reducir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático. Y la energía eólica es terrestre y también es marina.
Al igual que la terrestre, la energía eólica marina tiene componentes clave como los aerogeneradores marinos, los parques, la cantidad y capacidad de dispositivos instalados y su importancia dentro del contexto de las energías limpias. Las diferencias entre ellas, sus ventajas y desafíos asociados con la implementación de estas tecnologías, hacen de la marina una inversión mayor a la terrestre. En dichos planos se debe describir y precisar los fundamentos, técnicos y operativos del funcionamiento de la energía eólica y marina, las perspectivas de sus diseños y creaciones, los parques eólicos, como prototipos y modelos alternativos, las capacidades instalas, las ventajas y desventajas, los modelos, los costos, las aplicaciones, los estudios de realidad y usos factibles, entre otros alcances sistemáticos y socio científicos y tecnológicos aprovechables de los aerogeneradores eólicos.
Principios sobre el funcionamiento de la energía eólica marina.
El principio es el mismo tanto para la EEM, aprovechamiento del viento en el mar, y en el ambiente como el ambiente terrestre. Donde en alta mar, a diferencia de los terrestres, los vientos marinos son más constantes y esto le permite una generación de energía más eficiente y predecible (Wind.Europe, 2023), a raíz de ello, la búsqueda y la innovación de nuevas y renovadas opciones de aprovechamiento de la energía y sus variantes.
“La potencia media de una turbina eólica en tierra es entre 6 y 7 MW. mientras que las turbinas eólicas en mar abierto pueden llegar a 10 MW. Hay que destacar también que la EEM puede ser fija o flotante, de acuerdo con los requerimientos de generación y condiciones de la instalación, tomando como referencia y estudio modelos y prototipos en España para la estructura, las bases, los amarres y sustentadores marinos, son muy precisos y de materiales de alta gama en resistencia marina, en uso y calidad. Pero existe una característica distintiva de los aerogeneradores marinos y es que su diseño les permite soportar condiciones extremas, como la corrosión por agua salada y fuertes corrientes”, hecho muy importante para el trabajo, diseño y uso de los elementos citados. (Musial & Ram, 2010).
Perspectivas sobre el Diseño y la Tecnología:
En Europa existen 248 plantas de fabricación de componentes de energía eólica, la mayoría de las cuales pueden aumentar su capacidad dependiendo de la demanda. En el caso específico de los aerogeneradores marinos, estos deben tener una protección contra la corrosión en sus componentes. Para ello, se utilizan materiales y recubrimientos especiales que resisten el ambiente salino. Vale resaltar que a ello se suma que las turbinas marinas por sus características tienen que ser de mayor tamaño, es decir, torres más altas y palas más largas para permitirle captar más energía del viento.
Por lo general, estos materiales de construcción para los aerogeneradores son acero, fibra de vidrio, resina o plástico, hierro o fundición, cobre y aluminio, pero también madera. Las aleaciones de aluminio y el acero se utilizan para la estructura principal de la torre y las palas de la turbina, mientras que para las palas se emplean materiales compuestos avanzados como la fibra de vidrio o la fibra de carbono reforzada con resina epoxi.
Específicamente para la energía eólica marina las turbinas están hechas predominantemente de acero (66-79% de la masa total de la turbina); fibra de vidrio, resina o plástico (11-16%); hierro o hierro fundido (5-17%); cobre (1%); y aluminio (0-2%), según un informe del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (Tabla 30), dependiendo esto de la marca y el modelo alternativo emergente.
Parques eólicos marinos: Un enfoque alternativo y emergente:
“Un parque eólico marino es la agrupación de varios aerogeneradores instalados en el mar. Se ubican estratégicamente en áreas con altos recursos eólicos para aprovechar al máximo la energía del viento. Uno de los ejemplos más destacados es el parque eólico Hornsea 1 en el Reino Unido, que es el parque eólico marino más grande del mundo, con una capacidad instalada de 1,218 megavatios (MW)” (Global Wind Energy Council, 2023), en proyección a estudios del 2024.
Una de las principales características es que los parques eólicos marinos presentan varias ventajas. En primer lugar, su ubicación en alta mar reduce el impacto visual y acústico en las comunidades costeras. Además, al estar lejos de la costa, no compiten por el uso del suelo con otras actividades humanas, como la agricultura o viviendas en espacios urbanizados. Sin embargo, la construcción y el mantenimiento de estos parques son más costosos que los terrestres debido a la necesidad de tecnología avanzada y equipos especializados. Las granjas eólicas offshore son megaestructuras que se construyen a una distancia media de 41 kilómetros de la costa y que se asientan a una profundidad media de 27,5 metros.
“Esto implica varios desafíos de ingeniería: ¿Cómo se transportan las partes de la turbina eólica al parque eólico? ¿Cómo se coloca la góndola en la torre? ¿Y cómo se ensamblan las palas? Contar con equipos adecuados de elevación y personal capacitado es importante para conseguir el éxito del proyecto. Por ejemplo, uno de los mayores retos es colocar la góndola (nacelle) sobre la torre. Las condiciones climáticas en el mar pueden ser complicadas: oleaje, viento, etc. Por eso, la precisión es vital” (Crosby Airpes, 2022).
Capacidad instalada: Crecimiento y proyección:
La capacidad instalada de EEM en Europa ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años hasta de un 102% en la última década. Este crecimiento refleja el compromiso de los gobiernos y las empresas con la transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles.
El aumento de la capacidad instalada se debe en parte a las inversiones en investigación y desarrollo de tecnologías eólicas marinas. Además, las políticas gubernamentales favorables, como subsidios y tarifas de alimentación, han incentivado la construcción de parques eólicos marinos (European Commission, 2022). Se espera que la capacidad instalada continúe creciendo en el futuro, ya que más países reconocen el potencial de la EEM para contribuir a la descarbonización de sus economías.
Diferencias entre eólica terrestre y marina:
La energía eólica terrestre y marina se basan en el mismo principio de aprovechamiento del viento, pero existen diferencias significativas entre ambas. La principal diferencia es la ubicación de los aerogeneradores que conlleva varias implicaciones en términos de diseño, instalación, operación y mantenimiento.
Una de las diferencias más notables es la mayor constancia y fuerza del viento en el mar. Esto permite que los aerogeneradores marinos generen más energía en comparación con sus contrapartes terrestres. Además, los parques eólicos marinos suelen tener una mayor capacidad instalada debido a la posibilidad de instalar turbinas más grandes. Sin embargo, los costos de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores marinos son más altos debido a las difíciles condiciones del entorno marino (National Renewable Energy Laboratory, 2020).
Ventajas de la energía eólica marina sobre la terrestre:
La energía eólica marina presenta varias ventajas sobre la energía eólica terrestre. En primer lugar, los vientos marinos son más fuertes y constantes, lo que permite una mayor generación de energía y en consecuencia una mayor eficiencia y rentabilidad a largo plazo. Los diseños de las hélices, la infraestructura de los molinos, los estudios de ubicación geográfica, de acuerdo al área marina, acuática y espacio terrestre del suelo marino, son variables e indicadores qe se deben de tomar en cuenta en este estudio.
Otra ventaja es la posibilidad de instalar parques eólicos marinos en áreas que no compiten con otras actividades humanas. En tierra, la instalación de aerogeneradores puede enfrentar conflictos de uso del suelo con la agricultura, la urbanización y otras actividades económicas. En el mar, este problema se minimiza, lo que facilita la expansión de la capacidad instalada de energía eólica.
Desafíos y consideraciones del diseño e implementación modelo energía eólica.
A pesar de sus numerosas ventajas, la energía eólica marina también enfrenta desafíos significativos. Uno de los principales es el alto costo de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores marinos. La necesidad de fuertes estructuras y tecnologías avanzadas encarece el proceso de construcción y operación. Además, la logística de transportar e instalar componentes en el mar es más compleja y requiere el uso de buques especializados y grúas marinas.
Otro desafío importante es el impacto ambiental de los parques eólicos marinos. Aunque la energía eólica marina es una fuente de energía limpia, su construcción y operación pueden afectar a la vida marina, las corrientes oceánicas y a los ecosistemas costeros. Es necesario realizar estudios de impacto ambiental y adoptar medidas de mitigación para reducir estos efectos. Además, la coexistencia de los parques eólicos marinos con otras actividades, como la pesca y el transporte marítimo, requiere una planificación cuidadosa y una gestión adecuada.
Inversión y costos alternativos prototipos energía eólica:
La inversión para instalar un parque eólico marino es considerablemente mayor que la de un parque eólico terrestre. Según estimaciones, el costo promedio de instalación de un aerogenerador marino puede ser entre dos y tres veces superior al de uno terrestre, sin embargo la garantía de una inversión en uso y aprovechamiento del esquema y ambiente, donde se instalen los molinos en el ámbito marino, son muy importantes en el renovado escenario de la potencialidad eólica marina, sencillamente justificado, la inversión a los fines. Esto hecho se debe a varios factores, como la necesidad de tecnologías avanzadas, estructuras firmes y equipos especializados. Además, los costos de mantenimiento son más altos debido a las difíciles condiciones del entorno marino.
Sin embargo, a pesar de los altos costos iniciales, la EEM puede ser una inversión rentable a largo plazo. La mayor eficiencia y capacidad de generación de los aerogeneradores marinos permiten una producción de energía más constante y predecible, lo que puede traducirse en mayores ingresos. Además, la reducción de las emisiones de carbono y la contribución a la descarbonización de la economía pueden generar beneficios adicionales en términos de sostenibilidad y cumplimiento de objetivos ambientales.
Estudio en Inversiones en energía eólica marina en Europa y EE.UU, en proyección a América Latina:
“Dinamarca fue el precursor de la energía eólica en Europa, tanto en tierra como en el mar. Este país instaló el primer parque eólico marino en 1991 en Vindeby, en el Mar Báltico. Aunque el parque ya ha sido desmantelado, su creación marcó el inicio del desarrollo a gran escala de la energía eólica marina en Europa. Dinamarca continúa siendo un líder en la innovación tecnológica y en la implementación de proyectos eólicos tanto terrestres como marinos.” Los trabajos de esta renovada tecnología, en los países de América latina es muy baja, sin embargo, países como México, Brasil y Argentina están trabajando en dicho modelo citado de los molinos eólicos marinos, como agentes post modernos de la energía en el mundo.
La inversión en energía eólica marina ha crecido significativamente en Europa en los últimos años, varios países invirtiendo significativamente en esta tecnología. Veamos algunos datos actualizados:
- Reino Unido: Es el mayor productor de energía eólica marina del mundo, con una capacidad instalada de 13.9 GW.
- Alemania: Tiene una capacidad instalada de 7.7 GW.
- Países Bajos: Cuenta con una capacidad instalada de 3.3 GW.
- Bélgica: Tiene una capacidad instalada de 2.1 GW.
- Noruega: En este momento se dispone a levantar una muralla de 300 metros de 40 turbinas flotantes atrapando el viento en alta mar. Es un gigante energético que se levantará al norte de Bergen produciendo 99 GWh al año.
Conclusiones:
El futuro de la energía eólica marina es prometedor, los trabajos investigaciones, acuerdos nacionales e internacionales con muchos países del mundo, sostienen, que los avances de la ciencia y la tecnología, en contextos sociales, comunitarios, empresariales, industriales y universitarios, es muy diverso, para complejizar alternativas que mejoren las condiciones de vida de la humanidad, la precisión de la ubicación de dicha tecnología, en el ámbito marino, las estructuras de ajustes, amarres y sostenibilidad, el diseño de elementos que protejan contra la erosión del mar, para el aguante de dichos molinos, el control y registro de energía producida, son vectores importantes, y muy claros en la direccionalidad y uso de esta renovada acción energética. A medida que los gobiernos y las empresas, las industrias y la sociedad misma, reconocen la importancia de las energías limpias para combatir el cambio climático, se espera que la capacidad instalada de energía eólica marina continúe creciendo, en los países del Mundo. Las inversiones en investigación y desarrollo están impulsando la innovación en tecnologías eólicas marinas, lo que permite la instalación de turbinas más grandes y eficientes, este es un esquema de avance, que la humanidad está asumiendo y ha asumido, claro, real y favorable para cambiar el orbe, en sus diversos ambientes y escenarios.
Referencias Bibliográficas y Electrónicas:
- WindEurope. (2023). Offshore Wind in Europe: Key Trends and Statistics 2023. Retrieved from https://windeurope.org.
- International Renewable Energy Agency (IRENA). (2022). Offshore Renewable Energy. Retrieved from https://www.irena.org.
- Global Wind Energy Council (GWEC). (2023). Global Offshore Wind Report 2023. Retrieved from https://gwec.net.
- Musial, W., & Ram, B. (2010). Large-Scale Offshore Wind Power in the United States: Assessment of Opportunities and Barriers. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Retrieved from https://www.nrel.gov.
- European Commission. (2022). Clean Energy for All Europeans. Retrieved from https://ec.europa.eu.
- National Renewable Energy Laboratory (NREL). (2020). Offshore Wind Market Report: 2020 Edition. Retrieved from https://www.nrel.gov.
U.S. Department of Energy. (2022). Offshore Wind Technologies Market Report. Retrieved from https://www.energy.gov.