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El Instituto Fraunhof desarrolla nuevas tecnologías para los parques eólicos marinos

Gigantes de la energía frente a las costas de Europa

Departamento de comunicación, Fraunhofer-Center Windenergie und Meerestechnik (CWMT)14/11/2008

14 de noviembre de 2008

La fuerza eólica es una energía clave del futuro. Sobre todo, los parques eólicos en alta mar ofrecen un alto potencial ya que producen mucha más energía que las instalaciones terrestres. Sin embargo, las duras condiciones del entorno exigen también del material y la técnica prestaciones especialmente altas. Los Institutos de la Sociedad Fraunhof forman parte de los organismos líderes europeos del sector de la energía eólica. En estrecha colaboración con la industria desarrollan conceptos innovadores, prueban la fiabilidad de las tecnologías y apoyan al sector de la energía eólica con programas de formación suplementaria.

En Alemania se encuentran instaladas actualmente casi 20.000 instalaciones de energía eólica las cuales el año pasado cubrieron más del siete por ciento del consumo energético. Hasta ahora las palas eólicas giran solamente en el campo, pero está a punto de comenzar la construcción del primer parque eólico en el Mar del Norte y en el Báltico. Estas instalaciones marinas se encuentran principalmente en las costas de Dinamarca, Inglaterra y Holanda.

Las ventajas de estas tecnologías son importantes. En alta mar proporcionan las palas eólicas aproximadamente un 50 por ciento más de producción energética que en tierra. En el mar no sólo sopla una fuerte brisa permanente, allí también pueden montarse instalaciones mayores que las de tierra donde la densidad de población es alta. Según estima el gobierno alemán para el año 2030 proporcionarán estos parques eólicos 25.000 Megavatios. Esto supone el 15 por ciento de las necesidades de energía eléctrica en Alemania, otro 10 por ciento lo proporcionarán las instalaciones eléctricas en tierra.

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Los parques eólicos proporcionarán un 15 por ciento de la energía eléctrica que necesite Alemania en 2030. Foto: Jorge Vicente. 

Tecnologías marinas del futuro

Un lugar en el cual se desarrollará decisivamente esta tecnología futura es el Centro para la Energía Eólica y Técnica Marina (CWMT) de reciente apertura en la ciudad portuaria de Bremerhaven en el norte de Alemania. Será apoyada por el Instituto Fraunhof para técnicas de fabricación y de investigación aplicada del material (Ifam) en Bremen y por el Instituto Fraunhof de Darmstadt para seguridad de operación y fiabilidad del sistema (LBF). Sus competencias investigadoras, con muchos años de trabajo, y sus conocimientos científicos y técnicos son un valioso soporte para el sector de la energía eólica alemana.

"Los proyectos marinos representan para los constructores, fabricantes y explotadores auténticos desafíos por los temporales, oleaje, agua marina y el duro clima que someten las instalaciones a cargas extremas" como indica el Dr. Hans-Gerd Busmann, Director del CWMT. El material, las soldaduras, conexiones adherentes y la protección de superficies deben resistir a las enormes fuerzas. Sin olvidar el tamaño de las palas eólicas con altísimas exigencias en su construcción, tratamiento e instalación. Las palas del rotor e instalaciones marinas ya existentes miden entre cuarenta y sesenta metros. La tendencia es a aumentar. Entre tanto se habla ya de 90 metros de longitud. El peso de una pala del rotor con tales dimensiones es enorme.

Fabricadas a partir del material compuesto de fibra de vidrio, utilizado hoy casi exclusivamente, presentan aproximadamente un peso de 50 toneladas. Ya que los rotores de las futuras generaciones de instalaciones eólicas, previsiblemente, serán todavía mayores los expertos del CWMT investigan intensivamente la aplicación de materiales más ligeros y nuevas formas de construcción. Entre ellas y por ejemplo, optimizar las técnicas adhesivas en las partes altamente solicitadas de las palas del rotor.

Existen programas de simulación que ponen a prueba la resistencia de las palas del rotor y todos los componentes de la instalación

Prueba de resistencia para los gigantes eólicos

Ya que los trabajos de reparación y de mantenimiento en alta mar son costosos y además fuertemente afectados por las condiciones climáticas tienen los explotadores de las instalaciones un interés preferente en el desarrollo de instalaciones fiables y constantes. “Nosotros en el CWMT con nuestro trabajo queremos asegurar que la vida útil de las instalaciones eólicas con todos sus componentes, desde el fundamento hasta la pala del rotor esté garantizado para un periodo de 20 años” señala el Dr. Hans-Gerd Busmann. Decisivos son los procedimientos de prueba fiables. Actualmente se crean en los terrenos de la CWMT naves con bancos de prueba en los cuales puedan someterse a duras y permanentes pruebas las palas del rotor de hasta 90 metros de longitud. Gracias a la proximidad del puerto pueden transportarse por barco directamente hasta la nave los gigantes componentes.

Sin embargo, tales procesos de control son para las empresas muy costosos y requieren mucho tiempo. Para reducirlos en la medida absolutamente necesaria, CWMT desarrolla programas de simulación. Tales procesos de prueba apoyados por ordenador se aplican no sólo a las palas del rotor sino también a todos los componentes de la instalación incluyendo la góndola, la torre y el fundamento. Actualmente los científicos están probando los prototipos con diferente construcción de la torre en acero y hormigón instalados en Bremerhaven.

Estos resultados obtenidos bajo condiciones reales se introducen en los programas de simulación. Sin embargo, sin experimentos en condiciones reales, tampoco podrá trabajarse en el futuro. Pero en muchos casos resultan suficientes los datos de prueba de los componentes individuales a partir de los cuales los programas deducen resultados para el componente completo. Especialmente importante para la industria es también el continuo control de los parques eólicos desde tierra. Para ello, los científicos de CWMT desarrollan sensores con los cuales se equiparán las instalaciones. Estos informan al explotador de la instalación del estado de las palas eólicas, le comunican cuándo será necesario un trabajo de mantenimiento y le informan de cuando debe hacer girar la instalación o desconectarla en el caso de temporal demasiado fuerte.

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Los parque eólicos sobre el mar han de tener un campo base terrestre desde los que se realice un control exhausto. 

Cualificación Ifam: Competencia clave para el sector de la energía eólica

Las instalaciones eólicas son en gran parte trabajo manual y a medida. Especialmente en la fabricación de las palas del rotor y la góndola se requiere calidad artesanal. Hasta la fecha se utilizan principalmente materiales plásticos combinados de fibra de vidrio. Sin embargo, en el futuro jugarán un papel más importante las fibras de carbono ya que éstas permiten una reducción del peso. Para la fabricación de las palas del rotor y góndolas se usarán moldes en los cuales se irán disponiendo alternativamente capas de resinas líquidas y capas de fibras. Para garantizar la fiabilidad de los componentes deben tenerse en cuenta muchos factores. Entre ellos, la ausencia de fallos del material, la cantidad y composición correcta de las resinas, la orientación correcta de las fibras y el mantenimiento de los tiempos de endurecimiento.

Un instituto puntero en todos los aspectos

El Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (Ifam) es la mayor institución independiente de investigación de Europa en el campo de la tecnología de los adhesivos para usos industriales. El departamento de ‘Tecnología de adhesivos y superficies’ del Fraunhofer Ifam se encarga del desarrollo y la caracterización de adhesivos, del diseño constructivo y simulación en función del esfuerzo de uniones adhesivas e híbridas, así como de su verificación y aptitud. La planificación y la automatización de fabricaciones industriales complementan estos trabajos. Otro punto importante lo constituyen las verificaciones de procesos y los cursos de formación continua certificada en tecnología de los adhesivos. Los campos de aplicación industrial son, por ejemplo, la fabricación de vehículos e instalaciones, la técnica energética, sobre todo energía eólica y solar, la microfabricación, así como la industria de los envases y eléctrica. El Fraunhofer Ifam es un instituto perteneciente a la Fraunhofer-Gesellschaft (FhG).

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