Energía eólica marina

¿Qué es la energía eólica marina u offshore?

La energía eólica marina u offshore es aquella que se instala sobre las aguas cercanas a los litorales. Se trata de una energía renovable, pues aprovecha la energía del viento producida en el mar.

Al no haber barreras como sucede en la eólica terrestre, la energía que se puede extraer es mayor. Sin embargo, tiene una serie de complicaciones en cuanto a instalación y mantenimiento que ha hecho que todavía no se imponga esta tecnología.

Los avances tecnológicos y la necesidad de instalar cada vez más energía renovable ha hecho que la energía eólica marina se establezca como una de las tecnologías más prometedoras en el medio plazo como parte de la transición energética.

Por lo tanto, la energía eólica marina funciona gracias a la acción del viento sobre los aerogeneradores instalados en la superficie del mar. La energía eléctrica generada por estos aerogeneradores se transmite por cable submarino hasta conectarla con la red eléctrica terrestre.

Tipos de aerogeneradores marinos

Para la construcción de parques eólicos offshore se utiliza la misma tecnología de aerogeneradores que en la terrestre. La principal diferencia la encontramos en los soportes, diferenciando entre cimentación fija y estructuras flotantes.

Aerogeneradores marinos con cimentación fija

La cimentación fija fue la primera en utilizarse en los parques eólicos marinos debido a la menor complejidad que tienen. Lo que se consigue con ésta es anclar los aerogeneradores al suelo marino.

El mayor limitante de estas estructuras en la profundidad de las aguas donde pueden instalarse, la cual no suele pasar los 60 metros de profundidad. Entre las distintas opciones de cimentación fija encontramos:

Apoyo por gravedad: Se trata de una tecnología similar a la utilizada en los parques terrestres y es el peso de la estructura la que sostiene el aerogenerador. Por un tema de costes, no suele utilizarse en aguas por encima de los 20 metros de profundidad.

Apoyo monopilote: Es una de las tecnologías más utilizadas en la actualidad y consiste en un tubo de acero que se hinca en el suelo. Tampoco puede utilizarse en aguas mayores a los 20-25 metros de profundidad.

Apoyo trípode: Con este tipo de soporte se anclan al suelo tres tubos de acero y disponen en su centro una columna central donde se introduce el aerogenerador. Permite instalar aerogeneradores más potentes y a unas mayores profundidades (hasta 50 metros).

Apoyo Tripile: Es una estructura similar a la monopilote pero con 3 puntos de apoyo. Se diferenciaran de la del trípode que no tienen columna central.

Apoyo Jacket: Es un soporte más completo heredado de los utilizados para plataformas petrolífera. Su peso hace la función de apoyo por gravedad pero requiere de un anclaje al suelo considerable. El coste de esta tecnología es muy elevado actualmente pero permitiría hacer instalaciones a 100 metros de profundidad.

Apoyo Suction Buckets: El principio de este tipo de soportes es ejercer una presión de succión sobre el suelo marino, lo cual facilita la instalación. Existen distintos tipos de estructuras que funcionan con este principio y requieren de un tipo de suelo concreto.

Os dejo una imagen muy ilustrativa sobre los distintos tipos de cimentación fija generada por la Asociación Empresarial Eólica (AEE):

Tecnologías de Cimentación Fija para aerogeneradores marinos (Fuente: AEE)

Aerogeneradores marinos con soportes flotantes

Los soportes flotantes son una de las mayores oportunidades que tiene la eólica marina de extenderse, dado que pueden instalarse en aguas de cualquier profundidad.

Con éstos podemos llevar los aerogeneradores allí donde el recurso eólico es mayor. Por ejemplo, en Europa el 80% del recurso eólico marino se encuentra en aguas por encima de los 60 metros de profundidad.

Además, aunque todavía no sucede por ser una tecnología novedosa, los costes de estos soportes son mucho menores que los de cimentación fija cuando se instalan sobre aguas de profundidad considerable.

Existen multitud de tecnologías de soportes flotantes que están todavía en desarrollo. Prácticamente todas ellas anclan mediante cadenas las estructuras flotantes al fondo marino. Algunas de estas tecnologías son las siguientes:

Spar (Spar Buoy): Fue la tecnología utilizada en el primer parque eólico flotante del mundo (Hywind en Escocia) y consiste en un cilindro con lastre con el que se busca mantener el centro de gravedad por debajo del de flotación para otorgar estabilidad. La estructura se ancla al suelo mediante una catenaria

Semi-sumergible: Consiste en unas columnas unidas entre sí y pesadas que tienen parte sumergida y parte en la superficie. Se mantiene unida al suelo mediante una o más catenarias.

TLP (Tensión-Leg Platform): Estas estructuras consisten en una columna central relativamente sencilla que se conectan a varios tensores que van anclados al suelo. Mientras que las tecnologías anteriormente comentadas se anclan mediante catenarias, en las TLP la estructura no es tan pesada y se sujeta gracias a la tensión vertical de los tensores.

Barge: Se trata de plataformas de gran tamaño para aumentar la flotabilidad y estabilidad. Van ancladas al suelo por medio de varias catenarias.

Tecnologías con estructura flotante para eólica marina (Fuente: Researchgate.net)

Partes de un parque eólico marino

Básicamente un parque eólico marino lo componen un conjunto de aerogeneradores situados a cierta distancia entre sí para que no se afecten entre sí. Como ya hemos visto, cada uno tendrá su propia estructura de soporte y sus elementos de anclaje.

En cuanto a los componentes del aerogenerador tendíamos las palas, la torre y la góndola, que en eólica marina tienen un tamaño más grande de lo normal debido a la potencia que tienen.

La góndola es la parte situada entre la torre vertical y las palas del aerogenerador. En ella se encuentra el tren de transmisión, el generador y el convertidor de potencia. Todos los aerogeneradores del parque se conectan en una subestación de transformación que se encuentra sobre el agua y que tiene la función de elevar la tensión para reducir las pérdidas y la sección del cable necesario. Una vez elevada la tensión, se transmite por cable submarino a una subestación eléctrica ya en tierra firme.

Ventajas y desventajas de la energía eólica marina

Entre las ventajas de la eólica marina destacaríamos:

La cantidad de recurso eólico que disponemos en la superficie marina. La ausencia de obstáculos junto con los vientos generados aguas adentro aportan una velocidad y regularidad del viento mucho mayores que en tierra firme.

Se trata de una fuente de energía limpia y distribuida.

Los aerogeneradores marinos son más potentes. Debido a lo comentado en el punto anterior, pueden diseñarse aerogeneradores de una potencia superior a los terrestres.

El factor de capacidad de la eólica marina es muy alto. Sin duda es la energía renovable con un mayor factor de capacidad. Puede estar entorno 50% frente al 30% de los de tierra, en términos generales. Esto tiene que ver también con el primer punto.

La eólica flotante exige menor superficie. Gracias a la densidad energética que hay en estas áreas, los aerogeneradores no se afectan tanto entre sí como puede suceder en la terrestre.

Sin embargo, tiene una serie de desventajas que también hay que conocer como son:

Es más cara. Al ser una tecnología incipiente y con mayores retos, los componentes y los costes de instalación son mayores.

Tiene unos mayores costes de mantenimiento. Obviamente cualquier problema que haya en una planta eólica marina requiere mayores esfuerzos y recursos para solucionarse.

Presente y futuro de la eólica marina

Hasta el año 2000 la energía eólica marina no era más que una tecnología en desarrollo de laboratorio. Desde entonces se ha ido añadiendo capacidad de forma plana hasta aproximadamente el 2017, cuando el crecimiento está aumentando año tras año sobre todo de la mano de China.

A continuación os dejo un par de gráficas sobre los datos de potencia acumulada de eólica marina en el mundo (gráfica superior) y la capacidad añadida cada año (gráfica inferior).

Estadística mundial de energía eólica marina acumulada (Fuente: Offshore Wind Market Report 2022)

Como puede apreciarse, los pioneros en conectar parques eólicos marinos a su red han sido Reino Unido y Dinamarca. A partir de 2013 entró en juego Alemania y China empezó a conectar sus primeros parques.

Sin embargo, desde 2015 el crecimiento de China en eólica marina está siendo exponencial mientras que el resto de países han venido instalando cada vez menos en los últimos años. Solo China en 2021 conectó más potencia eólica marina que el resto del mundo había hecho hasta entonces.

Con datos de 2021, la potencia total de energía eólica marina instalada en el mundo es de 50623 MW repartidos entre 254 plantas.

Actualmente hay multitud de plantas en desarrollo con las que podemos estimar unos 25000 MW añadidos mundialmente para el 2027. Los países que siguen invirtiendo fuertemente en eólica marina son China y Reino Unido, seguidos de Taiwan, Holanda y Alemania.

Las proyecciones estimadas por distintos organismos para el 2031 es tener una capacidad total de energía eólica marina por encima de los 250 GW.

Energía eólica marina en España

La energía eólica marina todavía no se ha desarrollado como debería en España. El único parque conectado hasta el momento ha sido en Gran Canaria.

Sin duda España tiene potencial para la instalación de eólica marina por la gran cantidad de costa que dispone. Sin embargo, el principal problemas hasta el momento es la profundidad de las aguas, que solo permiten la instalación de eólica flotante.

Es principalmente el estado de desarrollo de la eólica flotante la razón por la que no se han instalado todavía parques eólicos marinos en España.

Pero en la “Hoja de Ruta para el desarrollo de la Eólica Marina y de las Energías del Mar en España” se establecen una serie de objetivos para potenciar el I+D y la instalación de parques eólicos marinos. El objetivo para 2030 es tener instalados entre 1 y 3 GW de eólica marina en España.

El desarrollo de la eólica marina en España será paulatino, por la competencia que hay en el sector, las áreas limitadas establecidas y la dura tramitación ambiental que debe pasar.