Un equipo de científicos de la Universidad de Colorado, en Boulder (EE UU), han desarrollado turbinas eólicas resistentes a los huracanes. La innovación se inspira en las palmeras, después de varios años de estudios. El ingenio tiene una potencia de 53,38 kilovatios.
En las sesiones científicas de la Conferencia Estadounidense de Control, en Nueva Orleans, investigadores de la Universidad de Colorado presentaron los resultados de un nuevo estudio con estas turbinas que han probado con éxito en el campus Flatirons del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), al sur de Boulder.
La presentación de estos datos tiene máxima actualidad en Estados Unidos, ya que la actividad de huracanes este año en el Atlántico estará por encima del promedio y, según el Centro de Predicción Climática de la NOAA, hasta seis huracanes importantes con vientos de 111 mph o más (unos 180 km/hora) desde el pasado 1 de junio hasta el próximo 30 de noviembre.
Actualmente, las turbinas eólicas marinas pueden elevarse unos 147 metros sobre el suelo y sus aspas giratorias producen hasta ocho megavatios (MW) cada una, lo suficiente como para suministrar energía a unos 4.000 hogares en EE UU.
Frente a la costa este, donde se encuentran las turbinas en alta mar en EE UU, los huracanes del Atlántico, cada vez más poderosos, plantean riesgos para las estructuras y para el futuro de la energía eólica.
Lucy Pao, presidenta de Palmer Endowed en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética de la Universidad de Colorado, explica que las turbinas tradicionales se enfrentan al viento y sus palas deben ser lo suficientemente rígidas. Se requiere una gran cantidad de material para construir estas hojas.
Turbinas eólicas a favor del viento
Sin embargo, las palas de las turbinas en los rotores a favor del viento se dirigen en dirección opuesta al viento, por lo que hay menos riesgo de que golpeen la torre cuando aumenta su fuerza. Esto significa que pueden ser más flexibles, lo que requiere menos cantidad de material y, por lo tanto, menos coste en su fabricación. Estas palas a favor del viento también pueden doblarse en lugar de romperse ante los fuertes vientos, como las palmeras.
Durante los últimos seis años, junto con colaboradores de las universidades de Virginia, Texas en Dallas, la Escuela de Minas de Colorado y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, el equipo de Pao ha colaborado para desarrollar la turbina SUMR (Rotor Morphing Ultraligero Segmentado).
“Las aspas se han fabricado para ser ligeras y muy flexibles, de modo que puedan alinearse con las cargas del viento. De esa manera, podemos reducir el costo de la energía”, destaca Mandar Phadnis, autor principal del estudio.
Los analistas reconocen que este trabajo innovador no podía llegar en mejor momento. El cambio climático no solo exige que se aumente rápidamente la energía renovable más rentable y segura, sino que también es probable que el incremento de las temperaturas globales provoque que los huracanes se intensifiquen.
Uno de los elementos más complicados de la generación de energía eólica es que funcione con viento insuficiente o excesivo al mismo tiempo. Cuando la velocidad del viento es demasiado baja, una turbina no puede producir una cantidad útil de energía.
Cuando las ráfagas de viento son demasiado fuertes, pueden empujar los límites de la capacidad de una turbina, lo que hace que se apague para evitar una sobrecarga del sistema.
El ‘cerebro oculto’
Es bien sabido que la inconsistencia de la velocidad del viento ha afectado a la energía eólica desde sus inicios y, concretamente, el tiempo perdido para apagar el sistema genera menos energía y una producción menos eficiente.
La clave de las contribuciones innovadoras del equipo de Pao son las mejoras en el controlador, la parte de la turbina que determina cuándo debe ser más o menos agresivo en la producción de energía.
Este cerebro oculto tiene como objetivo producir energía eólica eficiente a bajo costo y con poco desgaste. El controlador de retroalimentación hace esto mediante el uso de mediciones del rendimiento del sistema y luego se ajusta para mejorar el rendimiento, como subraya Pao.
El yaw controller asegura de que la turbina se oriente en la dirección correcta, el controlador de inclinación de las palas determina su dirección dependiendo de la velocidad del viento y el controlador de par del generador decide cuánta energía produce la turbina y la transfiere a la red. Si bien controla los componentes físicos de la turbina, estos controladores son esencialmente un algoritmo de software que les dice a los motores qué hacer.
“Nuestro trabajo intenta predecir la probabilidad de que ocurran ráfagas de viento máximas y luego trata de mitigar los picos de velocidad actuando antes de que sucedan”, afirma Phadnis.
El grupo de investigadores de Pau ha trabajado con la Universidad de Oldenburg, en Alemania, para evaluar la utilidad de los sensores que escanean por delante de las turbinas eólicas con el fin de medir el viento que entra y de los controladores avanzados que ordenan a la turbina que responda de manera proactiva.