Energía eólica – evolucionando hacia el mar
Para que la energía eólica marina sea exitosa, el desarrollo de grandes turbinas eólicas con una calificación de más de 10 MW se considera clave para la reducción de costos de las aplicaciones.
En 2017, la energía eólica proporcionó el 4,1% de la producción mundial de electricidad. Sin embargo, en algunas regiones, como Europa y América del Norte, su participación alcanzó niveles tan altos como 9,5% y 5,6%, respectivamente[1]. En 2019, el 47% de la electricidad de Dinamarca se generó a partir de la energía eólica[2], y el país planea una mayor expansión en los próximos años. Esta adopción ha sido impulsada por políticas de apoyo financiero y una creciente conciencia del impacto de las fuentes de energía convencionales en el medio ambiente y el clima. En el futuro, prevemos apoyo para la desaceleración de la energía eólica en tierra en algunos países desarrollados, donde la industria ha alcanzado un alto nivel de madurez, y donde los conflictos en la ubicación de la turbina eólica van en aumento. Para la energía eólica marina, esperamos un mayor apoyo en países con áreas terrestres limitadas, evitando la oposición de la comunidad[1] y una rápida absorción de la energía eólica marina en nuevas regiones donde esta tecnología aún no ha sido explotada.
Para que la energía eólica marina sea exitosa, el desarrollo de grandes turbinas eólicas con una calificación de más de 10 MW se considera clave para la reducción de costos de las aplicaciones. Hoy, las turbinas de 9,5 MW están en operación y una turbina de 12 MW ha sido probada con objetivo de operar comercialmente este año. En 2030, podremos ver turbinas de hasta 20 MW.
La tecnología de las turbinas eólicas se desarrollará aún más utilizando nuevos materiales y un control y monitoreo avanzados, lo que la hace completamente competitiva con la generación eléctrica convencional. Las reducciones de costos en flotación en alta mar permitirán desarrollar nuevas áreas geográficas donde la disponibilidad de tierra previamente limitada o la falta de aguas poco profundas obstaculizaron el desarrollo de la energía eólica.
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Oportunidades e impactos en el mercado
El aumento de los tamaños de las turbinas con diámetros de rotor más grandes que capturan más energía generada por el viento, es un factor importante de reducción de costos. Otros factores de reducción de costos, menos conocidos, provienen de economías de escala en el aumento del tamaño de los parques eólicos marinos, que ahora a menudo vienen en tamaños individuales o agrupados de más de 1 GW (1000 MW). Por supuesto, hay reducciones de costos por la necesidad de instalar menos turbinas; hoy, se necesitan menos de 100 turbinas para generar 1 GW en un parque eólico en el mar. Con una turbina de 12 MW necesitará solo 83 turbinas y con una turbina de 15 MW solo 66, y así sucesivamente. El uso de estructuras de turbinas múltiples en el futuro puede reducir aún más el equilibrio del costo de la planta. Las reducciones de costos también serán considerables en las campañas anuales de operación y mantenimiento, asegurando continuas reducciones de costos provenientes de la energía eólica marina.
Mirando la próxima revolución tecnológica en energía eólica, solo necesitamos pasar de soluciones fijas al fondo del mar a soluciones flotantes. La ventaja del viento flotante es que (casi) no hay límites de tamaño. Las estructuras flotantes facilitarán la instalación de turbinas de más de 10 MW ahora en desarrollo o diseños de turbinas múltiples. Con la estandarización de los proyectos de energía eólica marina, será posible industrializar la fabricación en la segunda mitad de los años 20. Esto reducirá aún más el costo nivelado de energía (LCOE) ya que los costos del proyecto son más bajos con turbinas más grandes.
La eólica flotante proporciona una mayor flexibilidad durante la instalación. Por ejemplo, una estructura puede ensamblarse en áreas protegidas, como un muelle, y luego remolcarse a su posición final. Esto también apoya la fabricación local mediante el uso de la infraestructura de astilleros existente, lo que reducirá aún más los costos. La independencia de la profundidad del agua y las condiciones del suelo (hasta cierto punto) permitirá a la industria estandarizar la producción de estructuras flotantes y la fabricación en grandes volúmenes.
Con elementos más fluctuantes conectados a la red eléctrica, lograr y mantener operaciones confiables bajo sistemas de energía cada vez más complejos será una preocupación creciente. Por lo tanto, la planificación de la red y la estandarización de las subestaciones, así como las conexiones a la red combinadas con la gestión del lado de la demanda y otros acoplamientos del sector, permitirán una expansión exitosa de la energía eólica. El mayor uso de sistemas controlados por algoritmos de aprendizaje automático, así como el mayor uso de robots y automatización permitirán operaciones más optimizadas y reducción de costos.
Riesgos e incertidumbres
Se estima que el LCOE se reducirá a USD 50/MWh para la eólica marina fija y USD 70/MWh para la eólica flotante en 2030[3]. Sin embargo, algunos creen que las eólica flotante podría ser tan baja como EUR 40/MWh[4]. La capacidad instalada total de energía eólica marina (fija y flotante) será de alrededor de 150 GW a nivel mundial en 2030[1].
Para la energía eólica en tierra, la estimación de nuestra Perspectiva de transición energética es de 1,5 TW de capacidad instalada. Para obtener un manejo preciso del LCOE, es posible que las metodologías de evaluación de los recursos eólicos deban adaptarse para tener en cuenta correctamente el aumento de la densidad de los conglomerados eólicos y sus pérdidas asociadas. Si bien la industria eólica está introduciendo pérdidas por bloqueo, es necesario comprender mucho sobre la magnitud de las estelas de clúster a clúster y su impacto potencial en el LCOE.
Del lado de los costos, el costo total de un proyecto eólico marino flotante depende de muchos factores. Una de las más importantes es la estructura de soporte que utiliza. Sin embargo, la estructura de soporte también es importante por su capacidad para ayudar a reducir los costos en otras partes del sistema, como permitir la fabricación en serie, el ensamblaje costero y la puesta en marcha, y minimizar la costosa mano de obra en alta mar, incluida la operación y el mantenimiento[3].
Sin embargo, la opinión de que la energía eólica marina flotante conlleva un mayor riesgo, lo que llevaría a un mayor costo es infundada. Hoy en día, no es el riesgo tecnológico el detener las mejoras de costos en la industria eólica: los principales actores realizan una certificación independiente y se adhieren a los estándares establecidos. También llevan a cabo pruebas mecánicas exhaustivas de prototipos, pruebas de prototipos en entornos de la vida real y mejoras de diseño y pruebas virtuales y digitales.
Los riesgos comerciales provienen de reguladores que no entienden lo que se necesita para escalar nuevas industrias al asegurar marcos de inversión estables, o que establecen requisitos para la fabricación local de producción que son demasiado rígidos y, por lo tanto, restringen la competencia y las economías de escala, dejando todo el potencial de tecnología eólica marina sin explotar. Por lo tanto, para aprovechar todo el potencial de la energía eólica marina mundial, la política sigue siendo importante para garantizar que se logren economías de escala, reduciendo los costos a niveles competitivos con la energía eólica terrestre y otras formas de producción de electricidad.
[1] DNV, Energy Transition Outlook 2019
[2] Reuters, Denmark sources record 47% of power from wind in 2019, January 2020
[3] U.S. Department of Energy, 2018 Offshore Wind Technologies Market Report
[4] Wood Mackenzie, Floating offshore wind: In pursuit of commercialization, September 2018