LEAF

Aunque en España hay industria con amplia experiencia en eólica terrestre, la complejidad tecnológica de las turbinas marinas flotantes es significativamente mayor al entrar en juego, otros efectos críticos como oleaje, corrientes, características del fondo oceánico, corrosión del medio y distancia a la costa, que es un reto para la evacuación de la energía generada. La fiabilidad del diseño frente a la acción combinada de estos efectos y una reducción significativa del coste de generación de energía eléctrica son muy importantes para llevar estas soluciones a mercado de forma masiva, impulsando así la transición a una economía verde.

En este contexto, las empresas que componen el consorcio han identificado las siguientes necesidades críticas de la tecnología flotante cuya solución el proyecto LEAF va a acometer, organizándose el proyecto en torno a las mismas:

• Modelos numéricos integrados para el diseño. Hay una necesidad de herramientas de alta fidelidad que permitan capturar los complejos fenómenos físicos de los aerogeneradores flotantes y sus interacciones. En particular, estas herramientas deben mejorar la representación de efectos como la aerodinámica no estacionaria, interacciones de las estelas de los rotores, dinámicas de las plataformas multirotor, acoplamientos de los modelos multicuerpo de la hidrodinámica, con la aerodinámica y con efectos dinámicos de los sistemas de fondeo. La ausencia de estas herramientas limita el desarrollo de conceptos innovadores con potencial de reducción de costes.

• Modelos hidrodinámicos de alta fidelidad basados en “Computational Fluid Dynamics” (CFD): Existen efectos hidrodinámicos complejos, como la viscosidad o efectos no lineales que tiene trascendencia en el cálculo de las fuerzas sobre la estructura flotante, y sin embargo no son capturados por la teoría potencial lineal que se implementa en las herramientas integradas de diseño. Para caracterizar estos efectos, es preciso recurrir a medidas de ensayos a escala en canal de olas que proporcionen parámetros como coeficientes de arrastre o amortiguamientos para alimentar los modelos numéricos que se usan en el diseño. Este tipo de ensayos resulta costoso en tiempo, presupuestos y esfuerzo, por lo que tienden a realizarse en fases de diseño avanzadas, por lo que en las fases previas esos parámetros deben estimarse, con la consiguiente incertidumbre en el modelo. Por esta razón la aplicación de códigos de alta fidelidad, CFD, para la caracterización de estos efectos dinámicos desde las primeras fases del diseño permitiría una mayor fiabilidad en las iteraciones de diseño y un proceso más eficiente, en coste y plazo, capaz de generar conceptos más optimizados y seguros.

• Estrategias de control para turbinas flotantes. El sistema de control se encarga de regular la potencia generada por el aerogenerador, controlando la velocidad del rotor mediante ajustes del ángulo de paso de las palas del aerogenerador, para mejorar la eficiencia del sistema en los diferentes regímenes de viento y asegurar la integridad y estabilidad del sistema. En aerogeneradores flotantes, son necesarias estrategias de control específicas debido a la existencia de nuevos grados de libertad de desplazamientos y giros del conjunto del sistema asociados a la plataforma.  Esto es un reto, ya que se deben neutralizar todas las posibles inestabilidades del conjunto flotante y, además, porque los nuevos grados de libertad de la plataforma tienen frecuencias naturales generalmente muy bajas, lo que se asocia con una mayor dificultad para su control. Además, los desarrollos relacionados con los códigos acoplados propuestos en el primer punto, y las simulaciones acopladas que se permitan realizar, pueden dar luz sobre nuevas situaciones desconocidas a al que el control puede aportar soluciones, como en el caso de las plataformas multirotor o multicuerpo. Esto permitirá avances en la estabilización de la plataforma, pero además se pretende hacer análisis de sensibilidad para entender el efecto que tienen las modificaciones en parámetros de diseño de la plataforma sore el control y el aerogenerador, con el fin de reducir los tiempos de diseño ad-hoc de las plataformas, integrando así técnicas de co-diseño basadas en la integración del control en el diseño de las plataformas flotantes.

• Sistemas de amarre. Es preciso avanzar en el diseño de fondeos y anclajes eficientes, fácilmente instalables y adaptables a diferentes profundidades, en particular aguas profundas, para ahorrar los altos costes de instalación asociados a la movilización de grandes barcos y grúas. También se necesita profundizar en el conocimiento de estos sistemas para mejorar el comportamiento de los aerogeneradores flotantes a través de sistemas de conexión eficientes, sistemas de anclajes optimizados a cada geotecnia y métodos de estimación de la vida útil para desarrollar estrategias de mantenimiento preventivas que permitirán reducir el coste de generación acelerando su comercialización