RETO DEL CLIENTE
Ubicado en Blyth (Northumberland), en un tramo de la costa del Mar del Norte, el Centro Nacional de Energías Renovables (ahora ORE Catapult) es un centro de excelencia para la investigación y el desarrollo de turbinas mareomotrices y eólicas. En un mercado actualmente dominado por unas pocas grandes organizaciones mundiales, ORE Catapult desempeña un papel clave para ayudar a los nuevos participantes a evaluar y validar los diseños con mayor facilidad, lo que provoca una mayor competencia e innovación en toda la industria.
Según Tony Quinn, director de operaciones de Narec, un gran obstáculo para los nuevos competidores es el tiempo y el costo asociados a las pruebas de los nuevos diseños de turbinas. “Tradicionalmente, la única forma en que los desarrolladores podían probar nuevas turbinas era poniéndolas en el mar”, explica Quinn. “Por supuesto, el equipo no suele estar listo para embarcarse en alta mar y se daña fácilmente. Eso significa que el desarrollador tiene que recuperarlo del lecho marino, traerlo de regreso a la costa, repararlo y redesplegarlo, un proceso extremadamente costoso y una seria barrera para ingresar al mercado”.
Además de ser costoso y de consumir mucho tiempo, este método no es repetible y a menudo produce datos utilizables limitados; no hay garantía de que incluso una prueba de 12 meses en alta mar produzca todas las condiciones necesarias para una evaluación rigurosa de la confiabilidad y durabilidad de una turbina. “Ese proceso depende en gran medida de las condiciones del viento o de las mareas que sufra el dispositivo en ese año”, menciona Quinn. “Se está esperando a que se produzcan determinados eventos mareomotrices o eólicos a un par de millas de la costa, o en el fondo del mar. No es una forma muy eficaz, ni rápida, de validar un diseño”.
SOLUCIÓN DE MTS
Para ayudar a los desarrolladores de turbinas mareomotrices y eólicas a superar los costos y la incertidumbre de las pruebas en alta mar, Narec ha desarrollado un complejo de laboratorios, que incluye dos instalaciones capaces de probar trenes de transmisión para turbinas de hasta 3 megavatios (MW) y 15 MW, respectivamente. Equipadas con los innovadores sistemas de carga sin par (NTL) de MTS, estas instalaciones permiten a los desarrolladores someter los trenes de transmisión de las turbinas mareomotrices y eólicas a escala real a cargas complejas del mundo real y reproducir con precisión una amplia gama de condiciones en alta mar en entornos de laboratorio controlados y repetibles.
“Con los sistemas NTL de MTS, podemos reproducir a voluntad un evento mareomotriz de uno en 100 años o un evento eólico de uno en 100 años”, dijo Quinn. “Podemos recrear fuerzas eólicas o mareomotrices en tres ejes ortogonales y podemos aplicar una fuerza a lo largo de cualquier eje o un momento de flexión alrededor de cualquier eje en tres dimensiones al mismo tiempo. Podemos utilizar un historial temporal para someter los diseños de las turbinas a 10 años de eventos del mundo real en solo seis meses”.
Los sistemas NTL utilizan sistemas hidráulicos y controles MTS de última generación para introducir fuerzas y momentos muy grandes fuera del eje (o sin par) en el tren de transmisión de una turbina giratoria con altos grados de control y precisión. El sistema NTL alojado en las instalaciones de Narec de 3 MW es idóneo para los trenes motrices de las turbinas mareomotrices, mientras que el sistema que se está construyendo en las instalaciones de 15 MW será ideal para probar trenes motrices de turbinas eólicas marinas de mayor tamaño.
Según Quinn, las fuerzas fuera del eje necesarias para probar eficazmente los trenes de transmisión de las turbinas son enormes. “Un aerogenerador de 7 MW tiene un diámetro de alrededor 160 metros, con palas de 80 metros. Si se imagina que el viento golpea completamente esa pala, se produce un gran momento de vuelco en el tren motriz. Para las turbinas marinas, el efecto es similar, pero las fuerzas relativas son aún mayores porque están bajo el agua”. Para satisfacer estas necesidades, el sistema NTL que operará en la instalación de 15 MW de Narec será capaz de aplicar un momento de vuelco de 56 meganewton-metros (MNm), mientras que el sistema en la instalación de 3 MW puede aplicar una fuerza de hasta 15 MNm.
Para albergar equipos tan potentes, ambas instalaciones del tren de transmisión cuentan con cimientos macizos especialmente diseñados. Por ejemplo, la instalación de 15 MW se asienta sobre una base que comprende 1000 toneladas de acero estructural y 100 pilotes enterrados a 20 metros de profundidad. “Tuvimos que enterrar los pilotes a esa profundidad debido a las enormes fuerzas que el equipo MTS puede aplicar”, señala Quinn.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
La capacidad de reproducir eventos eólicos y mareomotrices del mundo real en entornos controlados permite a los clientes de Narec obtener de forma más eficiente información crítica sobre la confiabilidad y durabilidad de los nuevos diseños de turbinas, acelerando significativamente sus procesos de desarrollo y validación. Esto tiene un efecto dominó en la competitividad de la industria renovable marina en su conjunto, así como en el costo unitario general de la energía eólica y mareomotriz.
“En última instancia, lo que buscamos es reducir el costo de la energía marina y hacerla más competitiva con el gas natural y el carbón”, afirma Quinn. “Cuanto más rápido los desarrolladores aprenden sobre sus productos, más rápido impulsan la confiabilidad y las mejoras de costos, y más rápido entregamos un menor costo de energía. Cuanto mayor sea la confiabilidad, mayor será la confianza que damos a los inversionistas, lo cual es vital y una mayor competencia da como resultado un mercado más saludable”.
Quinn atribuye el establecimiento de las capacidades de prueba del tren motriz de Narec a la relación de alta colaboración entre los ingenieros de Narec y MTS. “Todo el diseño es un esfuerzo fantástico entre nosotros y MTS”, afirma Quinn. “Estamos asumiendo algunos retos de ingeniería que, francamente, nadie más en el mundo ha abordado. Realmente se ha necesitado una ingeniería líder en el mundo”.
