Energía eólica flotante: Multi

Aug 02, 2023

El uso múltiple del espacio oceánico es una gran tendencia en la economía azul. Para la energía eólica marina flotante, poder compartir espacio con otras actividades aceleraría el crecimiento. Pero la mayoría de las tecnologías son incompatibles con el uso múltiple. En este tercer artículo de una serie, explicamos cómo W2Power ofrece un potencial de mejora económica y ambiental gracias a sus capacidades superiores de usos múltiples.

Dos artículos anteriores1,2 resumieron las ventajas clave de la solución eólica flotante W2Power de Enerocean y cómo presenta un camino atractivo hacia desarrollos eólicos marinos rentables. Un artículo de revisión reciente3 compara el estado de todas las tecnologías eólicas flotantes probadas en el mar. W2Power calificó en 2019 por nuestro prototipo TRL 6, y hoy Enerocean está construyendo un demostrador de tamaño completo en un puerto, que marcará el TRL 7.

Los autores de la revisión se centraron en dos factores de diseño para la energía eólica flotante: estabilidad y rentabilidad. En el presente artículo, al observar que W2Power ha alcanzado sus objetivos de diseño en ambos aspectos esenciales, destacamos su potencial de mejora económica gracias a su uso múltiple.

Proponemos el uso múltiple como una clase adicional de impulsores de diseño. Esto podría agregar valor a los desarrolladores, inversores y todas las partes interesadas y al mismo tiempo proteger el ecosistema marino. Las capacidades de usos múltiples serán cada vez más importantes con el papel cada vez mayor de la planificación espacial marítima (PEM). Ser capaz de adaptarse a otros usos del espacio marítimo, o incluso facilitarlos, podría convertirse en una característica distintiva de las tecnologías ganadoras. La Fig. 1 resume algunas de las aplicaciones multiuso de W2Power, desarrolladas desde sus inicios teniendo en mente el multiuso.

Producir electricidad a partir de una fuente renovable adicional puede dar un factor de capacidad más alto y períodos más cortos de baja producción. Los recursos solares en el mar no están correlacionados con los del viento, y el interés en la energía solar flotante está impulsado por la rentabilidad de la energía fotovoltaica. Los estudios de diseño muestran que con el W2Power actual se pueden producir entre 350 y 375 kW de electricidad fotovoltaica.

El soporte de los paneles fotovoltaicos, el cableado y la electrónica en el flotador reduce el gasto de capital (CapEx), mientras que una menor corrosión del agua de mar reduce los gastos operativos (OpEx) en comparación con la energía solar flotante separada. La energía fotovoltaica se puede exportar a través del mismo cable, punto de conexión a la red y subestación, o se pueden conservar inversores fotovoltaicos dedicados para uso a bordo.

Los recursos de olas en la mayoría de los mares profundos están dominados por el oleaje del océano, que tiene una correlación débil con los vientos locales. Por lo tanto, la energía de las olas procedente de una plataforma híbrida de viento y olas podría tener un mayor valor de mercado. Además, explotar la energía de las olas fue un objetivo de diseño original de W2Power4 y ha sido un foco de investigación y desarrollo (I+D) utilizando nuestros convertidores de energía de las olas patentados. El tamaño de la plataforma permite la longitud de captura necesaria para las olas, mientras que la configuración casi simétrica de los conjuntos WEC hace que la extracción de energía de las olas sea en gran medida omnidireccional.

Los estudios de ingeniería realizados en varios sitios muestran que, en las mejores condiciones de olas, W2Power podría producir hasta 3 MW de olas, además de su actual potencia nominal líder en la industria de 20 MW de energía eólica. De realizarse, sería el dispositivo de energía de las olas más potente jamás construido. También sería el dispositivo de energía de las olas más económico, porque la plataforma proporciona soporte y mantenimiento de posición para los WEC, control y exportación de energía (ver Fig. 2).

Con W2Power, las ventajas de usos múltiples se extienden también al acondicionamiento y exportación de energía. Instalar una subestación a bordo es una opción atractiva. Las subestaciones marinas convencionales requieren un soporte fijo exclusivo, y otros flotadores semisumergibles o basados ​​en mástil carecen de espacio o capacidad de carga. Los estudios de diseño de Enerocean sobre un tipo de subestación modular ligera y flexible que se está comercializando5 muestran que podría colocarse en la columna de proa sin un refuerzo masivo del flotador. En particular, esto permitiría la producción continua de energía eólica desde la unidad de subestación/W2Power.

Además de producir electricidad, el uso múltiple puede incluir otras actividades en el mar para mejorar aún más el argumento comercial. Estos incluyen el almacenamiento de energía y la desalinización de agua de mar. En los últimos años también ha despertado mucho interés la producción de hidrógeno "verde" mediante electrólisis. El mérito de implementar cualquier tecnología 'Power-to-X' en alta mar depende de los costos y riesgos adicionales de operar en el mar. El desafío es mayor cuanto más complejo es el proceso a realizar en el extranjero.

Enerocean ha desarrollado un proceso de almacenamiento de energía basado en aire comprimido bien adaptado al uso en alta mar. Además, hemos descubierto que utilizar W2Power como base para la maricultura en alta mar es particularmente atractivo, ya que nuestro diseño de flotador puede soportar jaulas de peces comerciales de gran tamaño.

La maricultura es el cultivo de peces, mariscos, moluscos y algas para el consumo humano. El mercado mundial de la acuicultura (incluida el agua dulce) ascendió a 289.600 millones de dólares en 2022, ocho veces más que el de la energía eólica marina, y se prevé que supere los 420.000 millones de dólares para 2030.6 La industria está buscando nuevas tecnologías para mejorar la producción y reducir los impactos ambientales. Una tendencia es ir a alta mar, lo que permite una mayor producción sin más contaminación.7 Sin embargo, hasta ahora, el eslabón perdido ha sido la falta de tecnologías para soportar las condiciones más duras.

Enerocean ha inventado una tecnología patentada para anclar jaulas de peces de gran tamaño al flotador, lo que ofrece importantes ahorros de costes. Se estudiaron sistemáticamente varios casos de usos múltiples en una investigación y desarrollo apoyado por la UE en el que participó Enerocean.8 W2Power que sostiene una jaula para peces se desarrolló para TRL 4 en pruebas de tanque y recientemente a TRL 6 mediante pruebas en mar abierto (Fig. 3). Este es el primer caso en el mundo de una plataforma eólica flotante que integra una jaula para peces completamente funcional y probada con éxito en el mar.

Las pruebas en el mar demostraron todos los principios básicos de física e ingeniería para los sistemas innovadores para controlar la jaula de peces, el amarre interno de la jaula (ICM) y la inserción y extracción de la jaula (CIR). Estos no se muestran en la Fig. 3, ya que están bajo protección IP. Las seis semanas en el mar incluyeron largos períodos con olas de carga equivalente mucho más allá de las especificaciones de diseño de cualquier jaula para peces que flote libremente. El uso de celdas de monitoreo de carga de líneas de amarre de última generación en el ICM proporcionó cargas que estaban dentro del diseño del sistema.

A escala completa, es probable que cualquier influencia de la jaula para peces sobre la estabilidad del flotador sea menor. Estos resultados muestran que la plataforma W2Power proporciona una excelente estabilidad y soporte a la jaula de peces. Los costos y riesgos para los operadores de maricultura al trasladarse a aguas costeras se pueden reducir drásticamente.

Anteriormente se desarrolló una metodología para evaluar tecnologías eólicas flotantes de usos múltiples en el mar, utilizando una 'ecuación de sinergia' para representar los costos adicionales de instalaciones integradas versus separadas en el mar.9 A partir de versiones refinadas de esto, se desarrollaron y analizaron casos de negocios específicos en Detalle de un diseño anterior de W2Power (12 MW) con una jaula comercial para peces de gran tamaño.

La densidad de apilamiento, los ciclos de cría de peces y las tasas de crecimiento de fuentes industriales se ajustaron para que fueran conservadores. Los resultados para una especie comercial importante y una especie emergente indican que los ingresos brutos por las ventas de pescado podrían ser de la misma magnitud, o incluso mayores, que los de las ventas de electricidad, mientras que los gastos de capital adicionales para acomodar la jaula para peces en W2Power estaban dentro del margen de error. del 5-10%.

Dos desafíos futuros obvios son satisfacer las necesidades de los inversores tanto en el sector energético como en el de maricultura, y conciliar las operaciones seguras de las piscifactorías con la naturaleza "normalmente no tripulada" de la energía eólica marina. Sin embargo, el beneficio económico es tan significativo que es probable que estos problemas se resuelvan.

En resumen, este artículo muestra que la rentabilidad superior de W2Power puede ser aún más competitiva al lograr un uso múltiple atractivo y ofrece información adicional sobre cómo el uso de un prototipo a escala en el mar puede ser útil como plataforma de innovación en la vida real.

Tenga en cuenta que este artículo también aparecerá en la decimoquinta edición de nuestra publicación trimestral.

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