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Las palas de los nuevos aerogeneradores y los límites de la física

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Nuevos materiales. Nuevos sistemas de ensamblaje. Rotores de hasta 200 metros. La eólica crece. Y las palas también. Covestro anunció el mes pasado “la primera pala para aerogeneradores que sustituye la resina epoxi por poliuretano”. En su desarrollo han participado el fabricante asiático LZ Blades y la multinacional china Goldwind. La pala, de 64,2 metros de largo, sustituye toda la resina epoxi por poliuretano y está previsto que entre en producción este mismo año. En junio, la navarra Nabrawind confirmaba el desarrollo comercial de su primera pala modular, conocida como Nabrajoint, tras firmar un acuerdo con uno de los grandes del sector (que prefieren no desvelar por ahora). La fabricación de las primeras unidades arrancará en 2021. La nueva eólica requiere nuevas palas. Y ya están aquí.
Las palas de los nuevos aerogeneradores y los límites de la física

Poliuretano, en lugar de resina epoxi, en el casquete del mástil, la red de cizalla y la carcasa, fabricados todos con resina de infusión de poliuretano. El gigante químico alemán Covestro, una multinacional del sector químico salida del Grupo Bayer, y las asiáticas LZ Blades y Goldwind quieren revolucionar el sector: “en relación al tamaño –explican desde Covestro–, la pala representa un gran avance en la aplicación de resina de poliuretano en palas de aerogeneradores a gran escala y marca el comienzo de una nueva generación de palas más largas y resistentes.

Esto es particularmente importante, porque las turbinas eólicas más grandes tienen un mayor rendimiento energético”. Los desarrolladores están ahora mismo llevando a cabo pruebas de fatiga estática y dinámica para evaluar la durabilidad de la pala antes de comenzar la producción a pequeña escala en 2020.

Los resultados de las primeras pruebas han mostrado que “la resina de poliuretano tiene mejores propiedades mecánicas en comparación con la resina tradicional, epoxi, debido a que no requiere post-curado y tiene una menor viscosidad y velocidad de infusión”. Covestro asegura que su nueva solución “puede mejorar en gran medida la eficiencia de la producción de palas, incrementando así la competitividad de los fabricantes”. La empresa añade que Goldwind, por otro lado, ha optimizado el diseño estructural de la pala “mejorando sus propiedades mecánicas y la velocidad de infusión del poliuretano, lo que asegura su producción en continuo”.

Según Birong Wen, jefe del equipo de desarrollo de palas eólicas de Goldwind, “el poliuretano es un material muy rentable y, por lo tanto, puede brindar un gran apoyo a las empresas de energía eólica cuando los precios de la energía del viento alcancen la paridad con la energía térmica a partir de 2020. En el futuro, invertiremos más en el desarrollo de nuevos materiales y exploraremos cómo aplicar estas tecnologías a palas marinas a gran escala para lograr una mayor competitividad”.

Con el rápido desarrollo de la eólica y unos aerogeneradores cada vez más grandes, se necesitan también palas más grandes. Lo que exige materiales más ligeros, flexibles y resistentes. Todo un reto para la industria química y para empresas como Covestro, inventora del poliuretano. Su actividad se concentra en la fabricación de polímeros de alto rendimiento y en el desarrollo de soluciones innovadoras para productos pertenecientes a muchos ámbitos, entre ellos el energético. Sus productos salen de una treintena de factorías repartidas por todo el mundo.

 

Pala aerogenerador Covestro

Pala de poliuretano de Covestro

 

El fabricante chino de aerogeneradores Goldwind nació en 1998 y desde entonces ha instalado una capacidad total de 50.000 MW. Cuenta con 31.000 turbinas en operación en más de 20 países. Por su parte LZ Blades es una empresa china que desarrolla, diseña, fabrica y mantiene productos compuestos. Perteneciente a China National Building Material Group, tiene su sede en la provincia de Jiangsu. Además, LZ Blades es dueño de 8 instalaciones de fabricación de palas en China. Hasta finales de 2019, su capacidad instalada acumulada llegó a 30 GW, con una producción de 20.000 juegos de palas.

Nabrajoint, las palas que se ensamblan in situ
La empresa navarra Nabrawind anunció el pasado mes de junio que ya ha comenzado el desarrollo comercial de su primera pala modular (Nabrajoint) para uno de las cinco principales fabricantes del sector del mundo. Se sabe que es una OEM (original equipment manufacturer), pero no han querido desvelar aún su nombre. El acuerdo alcanzado en 2019 entre ambas compañías contemplaba el desarrollo, fabricación y certificación de la solución Nabrajoint. Y la primera etapa de desarrollo se encuentra ya “en una fase muy avanzada” que concluirá en el cuarto trimestre de 2020, “de modo que el comienzo de la fabricación de las primeras unidades arrancará en 2021”.

Nabrajoint es una tecnología de unión para palas modulares desarrollada por Nabrawind que, gracias a su robusta conexión atornillada, requiere de un número reducido de insertos en la pala, lo que la convierte en una solución muy competitiva en cuanto a costes. Una de las claves de esta tecnología radica en el Xpacer, un dispositivo que permite pretensar los pernos de la unión de forma innovadora y más eficiente que los métodos convencionales.

 

Palas modulares de Nabrajoint

Palas modulares de Nabrajoint

Eneko Sanz, fundador y director general de Nabrawind, señala que “estamos muy satisfechos de haber alcanzado este acuerdo con uno de los principales líderes del mercado y convencidos de que acelerará la demanda de los clientes al facilitar el transporte de las palas y hacer viables parques con palas de más de 80 metros de longitud. Nabrawind tiene una gran experiencia en el diseño y la fabricación de soluciones para palas y componentes mecánicos de aerogeneradores y este know-how ha sido relevante a la hora de llegar al acuerdo”.

Tendencias del mercado eólico
Está previsto –apuntan desde Nabrawind– que en 2022 la mitad de las instalaciones eólicas utilicen aerogeneradores con un rotor en el entorno de los 150 metros, “y para finales de la década, se espera que los rotores alcancen longitudes de hasta 190-200 metros; estas tendencias ponen de relieve la importancia de soluciones que simplifiquen la logística y al mismo tiempo sean competitivas coste”.

En este sentido, Nabrawind ha desarrollado varias soluciones innovadoras para mejorar el LCOE (coste de la energía producida) de los aerogeneradores. En este caso concreto, Nabrajoint, la pala modular, permite reducir los costes logísticos del transporte de la nueva generación de palas que exceden los 80 metros de longitud y que, en algunas ocasiones, pueden llegar a ocasionar la inviabilidad del proyecto.

Nabrawind es una empresa participada por Sodena (empresa pública navarra) y apoyada por InnoEnergy, que diseña y desarrolla tecnologías eólicas avanzadas. Desde su nacimiento se ha marcado como objetivo reducir el LCOE de los proyectos eólicos con productos que simplifican la logística y la instalación de los parques. Y lo ha hecho con dos productos que ha desarrollado con éxito. Además del citado Nabrajoint, la empresa se dio a conocer con Nabralift, una torre auto-izable que puede alcanzar los 200 metros de altura y que permite la instalación de aerogeneradores sin necesidad de grandes grúas.

Palas de 107 metros de longitud
Dogger Bank, el parque marino que están desarrollando en aguas británicas la eléctrica escocesa SSE Renewables y la compañía pública noruega Equinor, será el primer parque del mundo en contar con el mega-aerogenerador Haliade-X 13 MW, que encaja palas de más de cien metros de longitud. El acuerdo lo anunciaba hace apenas unos días el fabricante estadounidense GE Renewable Energy, según el cual Dogger Bank ha solicitado 190 unidades del GE Haliade de 13 MW para las dos primeras fases del parque. Está previsto que, en total, alcance los 3.600 MW de potencia (la obra, que consta de tres fases, ya ha comenzado y concluirá en 2026). 190 unidades del mega-aerogenerador Haliade y un contrato que incluye servicios varios y una garantía por cinco años. Esos son algunos de los detalles que ha desvelado GE Renewable Energy. Según el comunicado publicado por la compañía, la operación va a sostener durante la fase de construcción unos 120 puestos de trabajo, y durante la fase de operación, otros 120 altamente cualificados.

 

Aerogenerador Haliade X 13MW

Aerogenerador Haliade X 13MW

 

Las máquinas Haliade-X son una versión potenciada del Haliade de 12 MW. Un prototipo de esta enorme máquina lleva operando desde el mes de noviembre de 2019, en fase de pruebas, en el puerto de Róterdam. El Haliade de trece megas también encaja palas (como el de 12 megavatios) de 107 metros de longitud (es decir, que miden más que la banda de cualquier campo de fútbol de primera división) y presenta un rotor de 220 metros. Con él barre una superficie de 38.000 metros cuadrados. La máquina alcanza una altura de 248 metros (como las cuatro torres de la Castellana, en Madrid). Según GE, un solo giro completo del rotor (una vuelta) es capaz de generar energía suficiente como para atender la demanda de electricidad un hogar tipo británico durante dos días.

Los contratos con Dogger Bank Wind Farm están sujetos a las últimas autorizaciones. El cierre financiero de las fases A y B de esta formidable infraestructura eólica está previsto tenga lugar a finales de este año, según el comunicado que ha difundido GE.

La plataforma Haliade-X continúa entre tanto siendo sometida a rigurosas pruebas en el centro de ensayos británico Offshore Renewable Energy (ORE), en Blyth; en el Centro de Pruebas para Tecnología Eólica de Boston, en los Estados Unidos; y en Róterdam (Holanda), donde fue instalado el prototipo antes mencionado hace ya casi un año. Ese prototipo -informa GE- estableció en enero de 2020 el máximo histórico de producción diaria: 288 megavatios hora en un día. Ningún aerogenerador ha logrado alcanzar ese hito.

Retos para los fabricantes y para el mantenimiento
En marzo de 2019, Alberto Ceña, secretario general de la Asociación de Empresas de Mantenimiento de Energías Renovables (Aemer) y director general de la consultora Bepte, explicaba en un artículo que los factores que siempre han sido un reto en la fabricación de las palas –cargas estáticas y dinámicas producidas por el peso, la resistencia intrínseca del perfil aerodinámico, las condiciones ambientales, etc– “adquieren un valor crítico en el caso de las palas que se están instalando en las nuevas máquinas, de entre 60 y 70 metros, prácticamente iguales al diámetro de hace solo 6 años, lo que va a plantear no pocos retos desde el punto de vista de su mantenimiento, sin contar con la necesidad de unidades de elevación de mayor altura y tonelaje”.

Una de las primeras consecuencias de instalar estas grandes palas y, en paralelo, torres por encima de 100 metros, va a suponer “el impulso de soluciones de diagnóstico y evaluación más sencillas que las plataformas elevadoras, como el mantenimiento/diagnóstico con cuerdas, drones o robots trepadores como el TSR Wind”. Después de todo, “que la pala sea más larga incrementa el riesgo de fallo” a lo largo de su cuerda y su longitud. Algunos fabricantes, proponen también la “sensorización de las palas con fibra óptica dentro del esquema del mantenimiento predictivo del Condition Monitoring que permita evaluar la situación de la pala en tiempo real, de forma similar a otros componentes de la máquina como la multiplicadora”.

Fruto de ese aumento de los riesgos de fallos, las palas pueden convertirse en “uno de los principales problemas de los aerogeneradores modernos y el único que no ha disminuido con el tiempo”, explicaba Ceña. En última instancia, esos fallos se traducirán en pérdida de producción de la máquina. “Y ya se sabe que en la gestión de riesgos de una empresa, parte de los mismos se transfieren a las aseguradoras. Lo que se vislumbra en la situación actual de grandes aerogeneradores es un aumento de las franquicias, con el objetivo de mantener las mismas primas, pues las coberturas podrían aumentar por los mayores pérdidas de ingresos y el incremento del coste de reposición”.

Los nuevos rotores y tamaño de los aerogeneradores van a modificar algunas de las tareas de mantenimiento realizadas hasta la fecha, así como las relaciones de los propietarios de los parques con los suministradores de los aerogeneradores, las empresas del mantenimiento y las de seguros, “pero en ningún caso puede asegurarse que los costes a futuro vayan a disminuir”. Porque, de hecho, “los mayores rotores van a exigir un mayor mantenimiento con chequeos y revisiones inferiores a un año, dado el elevado coste del mantenimiento correctivo”.

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Luis Merino
Hola Moisés, es cierto que en esta información no se habla de reciclaje de palas. Pero si utlizas nuestro buscador podrás encontrar interesantes artículos sobre el tema, como este: https://www.energias-renovables.com/eolica/nuevo-reto-para-la-eolica-reciclar-14-20200617 Un saludo
moises
la búsqueda de nuevos materiales mas eficientes que resuelvan los nuevos retos mecánicos esta todo correcto; pero en todo el articulo no aparece nada sobre las soluciones del reciclaje de estos nuevos materiales. Hoy en día se esta comentando que es un problema aun a resolver el reciclaje de las palas de los aerogeneradores después de su vida útil