lunes, 27 mayo 2024

Un nuevo ‘software’ para dotar de más estabilidad a los aerogeneradores marinos

Europa espera que el 14 % de su demanda eléctrica sea suministrada por la eólica marina en 2030. Sin embargo, la tecnología aún tiene importantes retos industriales que superar. De ahí que CENER y la UPNA estén sumergidos en el proyecto Costa, que busca ampliar las capacidades de simulación y control de los ensayos para predecir mejor las inestabilidades de los aerogeneradores flotantes, así como crear un 'software' de control que permita corregirlas. La iniciativa está coordinada por ADItech, agente coordinador del SINAI, y financiada por el Gobierno de Navarra.


Pamplona - 15 noviembre, 2023 - 05:59

Costa busca simular con más precisión las inestabilidades de los aerogeneradores flotantes, así como crear un 'software' para corregirlas. (Fotos: Ana Osés)

La primera revolución industrial vino de la mano de la máquina de vapor, una fuente de energía mecánica eficiente y escalable, durante el siglo XVIII. A finales del XIX, las cadenas de montaje y la electricidad fueron fundamentales para la producción masiva en industrias como la química o la automotriz. Así mismo, la electrónica y la informática dieron lugar durante el siglo pasado a nuevas capacidades de procesamiento de datos a gran escala y a la adopción de sistemas computarizados para la gestión de la producción, la planificación logística y el control de calidad.

En la actualidad, sin embargo, el tejido empresarial atestigua una transformación sin precedentes protagonizada por un avance mucho más sigiloso: el uso de las ciencias aplicadas a la simulación de procesos físicos. Así, entre sus usos más llamativos se encuentran tecnologías como la Inteligencia Artificial, Internet de las Cosas o computación en la nube. Todas ellas desempeñan un papel crucial, ya que permiten modelar, analizar y optimizar procesos, productos y sistemas antes de su implementación física sin necesidad de incurrir en grandes inversiones.

Este es el caso de sectores emergentes y altamente innovadores como la energía eólica offshore, que se perfila como un poderoso aliado en el camino hacia la descarbonización. Según estimaciones del Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE), la capacidad de instalación anual de eólica marina podría superar a la eólica onshore en 2030, cuando se estima que suministrará el 14 % de la demanda de electricidad en la Unión Europea.

Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace

Se trata de un crecimiento que también está espoleando la actividad investigadora de CENER (Centro Nacional de Energías Renovables)«Llevamos trabajando en eólica flotante desde 2008. Entonces, lo hacíamos bajo el supuesto de que esta tecnología podía acabar generando una industria importante. Con el paso de los años, nuestra cartera de proyectos tanto de investigación como comerciales ha ido aumentando de forma exponencial», explica el jefe del Servicio de I+D en el Departamento de Energía Eólica de la entidad, Mikel Iribas.

De ahí que el centro busque mejorar de forma continua las herramientas utilizadas en el diseño de los aerogeneradores flotantes. Así lo hace mejorando programas de software de código abierto como OpenFAST, capaz de modelar las cargas aerodinámicas, hidrodinámicas, dinámica estructural y control de aerogeneradores; OpenFOAM, que permite modelar el comportamiento de cualquier fluido en entornos físicos; o ensayos físicos a pequeña escala que testan la idoneidad de los aerogeneradores flotantes y sus controles cuando son colocados en un tanque de agua.

Por eso, CENER contactó con la Universidad Pública de Navarra (UPNA) para poner en marcha el proyecto Costa. ¿Su objetivo? Ampliar las capacidades de simulación de estas herramientas y validar con más precisión las inestabilidades del comportamiento de los aerogeneradores flotantes, así como crear un software de control que permita estabilizarlos y mejorarlos. La iniciativa está coordinada por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y financiada por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.

SOLUCIONES VALIDADAS

Algunas de las empresas que desarrollan plataformas flotantes para aerogeneradores basan sus diseños en amarrar la plataforma por un único punto al mar. De ahí que hayan trasladado a CENER varios retos a los que se enfrentan «Tenemos que dar respuestas a muchas preguntas: ¿Cómo se comporta esa plataforma en el mar? ¿Se orienta por sí sola al viento para producir energía? ¿En qué condiciones? ¿Podemos controlar su rotación?«, incide Jesús Artal, ingeniero de Análisis y Diseño de Aerogeneradores Offshore en CENER. 

En este sentido, herramientas como OpenFOAM son capaces de simular esos sistemas con un único punto de amarre, sujetos a «grandes giros y desplazamientos de plataforma». Pero son muy costosas a nivel computacional. Por otro lado, softwares como OpenFAST son mucho más eficientes a la hora de simular estos sistemas, pero el grado de validez de sus modelos hidrodinámicos es «muy limitado», porque fueron pensados «para plataformas con tres o cuatro puntos de amarre».

De ahí que, para dar respuesta al nuevo desafío, el equipo investigador decidiera crear, usando como base OpenFast, un modelo hidrodinámico más eficiente en tiempos en comparación con OpenFOAM. Este debía admitir «grandes giros de la plataforma del aerogenerador en el mar», algo que hasta entonces no se había desarrollado. Una vez diseñado e implementado, se está validando frente a las simulaciones más complejas y costosas en tiempo que se realizan a través de OpenFOAM. Una meta en la que contó con el apoyo del Grupo de Mecánica de Fluidos de la UPNA.

De izda. a dcha., Jesús Artal (CENER), Alexia Torres (UPNA), Javier Armañanzas (UPNA) y Mikel Iribas (CENER).

De izda. a dcha., Jesús Artal (CENER), Alexia Torres (UPNA), Javier Armañanzas (UPNA) y Mikel Iribas (CENER).

«Nuestro equipo trabaja con otro software, que nos permite comparar los resultados de CENER con los que obtenemos nosotros y, en consecuencia, validarlos», señala Alexia Torres, investigadora del grupo en la UPNA. El programa utilizado por la entidad educativa implica diseñar un mallado, donde el mar se divide en muchos elementos que contienen ecuaciones de fluido. «Así aproximamos los resultados de cada uno de esos elementos a lo que pasaría en la realidad física», detalla Javier Armañanzas, investigador doctorando del grupo.

En segundo lugar, el equipo de CENER llevó a cabo ensayos físicos para tratar de reproducir a escala situaciones reales que soportan estos aerogeneradores flotantes en el mar como los posibles desalineamientos entre vientos y mareas. «En concreto, hemos desarrollado un ensayo capaz de generar fuerzas de desequilibrio con un dron adaptado a lo que necesitamos, de modo que podemos hacer ensayos que nadie es capaz de realizar. Hemos tenido la oportunidad de validar esta tecnología dentro de un proyecto comercial, y el cliente quedó muy satisfecho», celebra Iribas.

UN CONTROL PARA MEJORAR LA PRODUCCIÓN

En estos momentos, la iniciativa se encuentra en una tercera fase, encaminada a desarrollar un software de control que corrija la rotación propiciada por el propio aerogenerador en plataformas con un único punto de amarre y permita que la producción de energía sea similar a la de los parques eólicos onshore. «La idea es que el software sea capaz de funcionar solo, sin supervisión humana. En concreto, queremos que el aerogenerador se mantenga estable con el vaivén del mar y apunte siempre a la dirección de la viene el viento», desglosa Artal.

Si se consiguiera esta última meta, el proyecto Costa avanzaría en un ámbito clave para la consecución de parques eólicos marinos: la seguridad en las inversiones, apunta Iribas. «Hay un largo camino entre los diseños de ordenador y lanzarse a fabricar algo que vale tanto dinero. Hace falta algo intermedio, y estas soluciones van dirigidas precisamente a afinar su viabilidad para reducir los riesgos de la eólica flotante».


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