Más grande, más audaz, más pesado

Escila de Seajacks (Foto: Seajacks)

El mercado eólico marino de Europa está creciendo más rápido de lo que nadie esperaba, no solo en términos de los componentes que se están instalando. ¿Podría esto significar un desafío para la flota de instalación existente?

Si bien muchos consideran que la energía eólica marina es un mercado en proceso de maduración en Europa, con la planificación de los primeros proyectos en alta mar libres de subsidios, no está exenta de desafíos.

En Europa, hay más de 18 gigavatios (GW) de capacidad eólica marina instalada. El año pasado, se agregaron 2.4GW y se espera que sea la cantidad que se agregará por año durante los próximos 10 años, según la consultora y analista Wood Mackenzie.

El Reino Unido, Alemania y los Países Bajos son los mercados más grandes, con Francia ahora también en movimiento, con planes para comenzar a suministrar energía a la red en 2020/2021, y Bélgica y Polonia están aprovechando su potencial.

Un enfoque enorme ha sido reducir los costos, lo que ha ocurrido, más rápido de lo que se esperaba, especialmente en los últimos 2 o 3 años. De hecho, las primeras ofertas de subsidio cero se hicieron para parques eólicos marinos en 2017, cuando la alemana EnBW y la danesa Ørsted presentaron ofertas para proyectos alemanes.

"Una gran parte de [la reducción de costos] se atribuye a un ciclo de diseño más rápido en la evolución de la turbina", dice Shashi Barla, analista principal de Wood Mackenzie, donde los fabricantes de turbinas presentan sistemas nuevos y más grandes con mayor rapidez. “Las turbinas de 12 a 14 megavatios (MW) podrían estar disponibles en el plazo de esos proyectos. Eso podría ser rentable y proporcionar energía al subsidio cero ”. Pero, un ciclo de diseño más rápido significa que la industria en general debe enfrentar un ciclo de suministro más corto, dice.

No hace mucho, 2011/2012, los propietarios de embarcaciones estaban construyendo activos para una industria que construye turbinas de 6MW. Este año, se instalarán turbinas de 9,5 MW con rotores de 164 metros de diámetro en el parque eólico marino Northwester 2 en Bélgica. Siemens Gamesa también realizará un prototipo de su turbina de 10MW SG 10.0-193 DD, con un rotor de 193 metros de diámetro, en el centro de pruebas nacional danés para grandes aerogeneradores en Oesterild, Dinamarca. La firma espera que la turbina sea comercial para 2022. Mientras tanto, GE está trabajando en el Haliade-X, un dispositivo de 12 MW. "Puede que no tarde mucho en irse hasta que se desarrollen 14 MW", dice Barla.

Impresión artística de la turbina eólica marina Siemens Gamesa de 10 MW (Imagen: Siemens Gamesa)

Mientras tanto, según la Cámara de Embarque del Reino Unido, en 2017, las turbinas en alta mar se instalaron a una profundidad promedio de 27,5 metros y se ubicaron en promedio a 41 kilómetros de la costa. El año pasado, los números se movieron más a 100-150 kilómetros de la costa, donde se instalaron turbinas de fondo fijo a 40-50 metros de profundidad.

Esto pone presión sobre los contratistas de instalación, y hay dudas sobre si hay capacidad en el mercado. "Si las compañías no están invirtiendo hoy en estos buques y otros balances de equipos de la planta, es posible que haya un cuello de botella en el manejo de estas grandes turbinas y aspas", dice Barla. “Ya estamos hablando de cuchillas y componentes pesados de más de 100 metros de largo. Algunos componentes de la góndola están hablando de 800 toneladas métricas. Realmente necesitas máquinas grandes, grúas más grandes para manejarlas ".

Arnstein Eknes, director de segmento para buques de servicio offshore en la sociedad de clasificación DNV GL, dice que hay dos dimensiones clave al instalar turbinas más grandes; Hojas más largas y barquillas más pesadas. “Hoy, estamos hablando de cuchillas de unos 100-105 metros de largo. Las góndolas son el componente más pesado y deben levantarse 130-140 metros en el aire, por lo que la distancia de elevación es un problema. Vemos que los barcos de instalación de parques eólicos construidos inicialmente, son muy pequeños hoy en día sin modernizar nuevas grúas. Incluso los construidos hace 6-7 años son demasiado pequeños y están renovando grúas más grandes, lo que no es una tarea fácil. Las grúas fueron diseñadas quizás para 300 a 400 toneladas métricas y ahora necesitan ser para 700, 800, 900, tal vez incluso 1,000 toneladas métricas. Se trata de peso y altitud ".

Pero, estos no son los únicos problemas, dice. Estos buques en su mayoría tienen que elevarse para realizar operaciones de instalación. “Posteriormente, debemos recalcular la fuerza y todo el sistema de elevación del gato para poder levantar estos componentes. Por lo tanto, realmente no es sencillo modernizar una grúa, y es realmente un dolor de cabeza para los propietarios de buques de instalación de turbinas eólicas (WTIV) saber cómo prepararse para lo que hará el cliente final ", es decir, cómo funcionarán las turbinas grandes.

De hecho, algunos desarrolladores ya han estado buscando el consentimiento para usar turbinas de 20MW en desarrollos en el Mar del Norte, que podrían hacer que los diámetros de los rotores se extiendan a 280 metros. "Eso es duplicar el peso y la capacidad de la turbina eólica más grande existente", dice Eknes.

Si bien esto podría ejercer más presión en el mercado de WTIV, también puede dar lugar a que se construyan menos turbinas; con turbinas de 20MW en lugar de unidades de 10MW, la mitad del número de turbinas tendría que instalarse para crear una granja del mismo tamaño. Pero, también podría significar una mayor complejidad, dice Eknes, lo que podría significar que hay un límite práctico para el tamaño de las turbinas que viene antes que el límite técnico. Eso plantea una decisión de inversión muy difícil para los operadores de WTIV.

Algunos estan invirtiendo
Apenas cuatro años después de ingresar en el mercado de la instalación eólica marina, la firma belga Jan de Nul está lanzando salpicaduras con el Voltaire a pedido de COSCO Shipping Heavy Industry en China. El nuevo edificio, que se entregará en 2022, tendrá una capacidad de elevación de 3.000 toneladas métricas, utilizando una grúa que rodea las piernas Huisman y una capacidad de elevación, de hasta 270 metros hasta 80 metros de profundidad de agua. "El Voltaire podrá instalarse en alturas de bujes incomparables de hasta 165 metros con el auge estándar", dice el Gerente de Energías Renovables en el Mar de Jan de Nul, Peter De Pooter. "Esto permitirá la instalación de las turbinas de próxima generación, con puntas de cuchillas que podrían llegar a alcanzar los 270 metros sobre el nivel del mar".

El Voltaire se encuentra en la cima de los buques de instalación offshore de Jan de Nul, Vole au vent, adquirido hace solo cuatro años, y Taillevent, que puede instalar turbinas de hasta 10MW, según la firma. "Pueden elevar todos los componentes hasta la altura máxima real del cubo de 120 metros", dice Jan de Nul.

"La próxima generación de turbinas de 10 MW + se convertirá en un desafío para todos los recipientes de instalación actualmente disponibles en el mercado", de Pooter. “Las fundaciones serán más pesadas; Las cuchillas serán más largas. El tamaño, el peso y las alturas limitarán la cantidad de turbinas que se pueden transportar por ciclo [a bordo de la flota de instalación actual] a uno o dos como máximo. Un buque con las características técnicas adecuadas es la respuesta a este desafío ".

De Pooter ve un mercado más amplio para este barco. "La energía eólica marina fuera de Europa y China está comenzando a desarrollarse", dice. “Taiwán está trabajando en sus primeros parques eólicos a gran escala y el Grupo Jan De Nul es uno de los contratistas principales para los dos primeros contratos de ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC): el parque eólico Formosa 1 de 120MW en 2019 y el parque eólico Changhua de 110MW en 2020. Ambos parques eólicos están actualmente en construcción ".

Voltaire (Fuente: Jan De Nul)

Seajacks, con sede en el Reino Unido, ha estado operando en el negocio de la energía eólica marina desde 2006. Desde entonces, ha construido los jack-ups Kraken, Leviathan, Hydra, Zaratan y, más recientemente, Scylla. Seajacks espera ver las turbinas de próxima generación, por ejemplo. 12MW y, en número desde 2023-25 y está en discusión con los desarrolladores sobre la instalación de 12 o 15MW con Scylla, que entró en servicio en 2016 y tiene una grúa de 1.500 toneladas métricas que puede rodear las piernas y puede trabajar hasta 65 metros Profundidad del agua.

“Creemos que todavía hay un buen número de embarcaciones en el mercado que pueden instalar los giros de viento más grandes, [dependiendo de las características del sitio], cuando llegan al mercado. Sin embargo, para instalar turbinas de 10 a 15 MW, muchas de las unidades actuales deberán actualizarse y modificarse para mantenerse relevantes ”, dice Max Paterson, gerente comercial de Seajacks. “Los principales problemas para embarcaciones más antiguas en el mercado serán las alturas de gancho para barquillas y carga de plataforma variable, para transportar componentes más pesados y más grandes, y espacio de plataforma. Esto significa nuevas grúas y extensiones de patas, etc., y es probable que estas actualizaciones necesarias tengan un efecto negativo en la rapidez con la que estos recipientes pueden instalarse ".

Dicho esto, Paterson también cree que la demanda y la oferta deben estar bien equilibradas. "El mercado podría ajustarse en algunos años, en los meses pico de instalación durante el verano, si se planifican varios proyectos para el mismo tiempo", dice. A la inversa, garantizar la utilización de embarcaciones también es clave para los propietarios, por lo que Paterson espera que las embarcaciones WTIV necesiten trabajar en todo el mundo en los diversos mercados nuevos, como Asia y los Estados Unidos.

"Las turbinas más grandes, por ejemplo, 10-15MW, significarán que se requerirá una menor cantidad de turbinas para alcanzar la capacidad de generación de un parque eólico, lo que probablemente resulte en menos días de uso para los propietarios de embarcaciones", dice Paterson. "Ya es un desafío mantener a los buques ocupados durante todo el año".

“Ya tenemos una cadena de suministro WTIV extremadamente competitiva”, agrega, “con una gran cantidad de equipos rentables en el mercado. ¿Tendrá sentido mover los pesos y dimensiones de las turbinas a un nivel en el que solo sean adecuados dos o tres buques? "Solo el tiempo lo dirá, pero con el enfoque feroz en la reducción de costos, particularmente en la instalación, estoy seguro de que los desarrolladores y los fabricantes de turbinas serán muy conscientes de la dinámica de oferta y demanda en el mercado de WTIV".

Petter Faye Søyland, jefe de ingeniería de la firma danesa Fred. Olsen Windcarrier está de acuerdo en que para moverse a turbinas de 10 MW +, muchos de los buques más antiguos de la flota deberán modificarse para cumplir con los requisitos de altura y capacidad de elevación. "La mayoría de la flota de jack-up en la industria eólica es capaz de instalaciones de 8MW, con algunas excepciones", dice.

Fred La flota de Olsen Windcarrier actualmente es adecuada para instalar una selección de unidades de 10MW, dice. “El Bravo Tern y el Bold Tern [jack-ups] se han actualizado completamente. Ambos han sido sometidos a extensiones de pata de 14 metros para gestionar sitios en alta mar con aguas más profundas y tormentas de supervivencia más altas, como la cuenca del Mar del Norte. Además, las plumas de las grúas se han mejorado con un inserto de pluma de 20 metros, lo que les permite instalar turbinas con una mayor altura de cubo. Tanto Brave Tern como Bold Tern han reemplazado la grúa de plataforma para permitir el levantamiento de herramientas y equipos a la pieza de transición, para lograr instalaciones más rápidas y eficientes. Además, los buques han sufrido modificaciones y refuerzo bajo la cubierta, así como modificaciones en la disposición del tanque para mejorar la estabilidad del daño probabilístico; ambos para permitir el transporte de componentes de turbina más altos y más pesados ".

Valiente Tern y Bold Tern en el puerto de Esbjerg (Foto: Fred. Olsen Windcarrier)

¿Potencial de interrupción?
Otros buscan metodologías de ingeniería alternativas para facilitar la instalación en alta mar. El pasado mes de septiembre, el buque de carga pesada Aegir de Heerema Marine Contractors, lanzado como una especie de 'navaja suiza' para la industria petrolera durante su auge en 2013, instaló un nuevo concepto de diseño de aerogenerador, denominado Delft Offshore Wind Turbine Concept (DOT) , en solo una hora, utilizando el primer concepto de conexión de unión deslizante en la industria.

El aerogenerador DOT ya había sido instalado en un monopile conectado por la junta deslizante y fue recogido en un solo elevador por el Aegir desde el muelle de Sif Rotterdam y llevado al lugar de instalación, el parque eólico Eneco Princess Amalia. Allí, el Aegir lo instaló como un barco flotante con posicionamiento dinámico.

La conexión de la junta de deslizamiento se diseñó en el marco del proyecto de Investigación Offshore de la Unión Deslizante (SJOR), lanzada por una colaboración entre los socios de investigación TU Delft, TNO, Van Oord y Sif group, y las partes interesadas del proyecto Eneco y Heerema Marine Contractors en 2016. El concepto se basa En fricción, donde el peso asegura una conexión firme y estable. Esto significa que la instalación se realiza simplemente deslizando la turbina eólica sobre el monopilo sin el uso de lechada o pernos, lo que reduce los costos, los materiales, el equipo, el personal y el cronograma, dice Heerema Marine Contractors.

Mientras tanto, la firma española Esteyco lidera el consorcio ELICAN, que ha diseñado e instalado un prototipo de torre telescópica autoinstalable Elisa de 5MW que reduciría la necesidad de recipientes de instalación.

El prototipo del sistema se instaló a 30 metros de profundidad de agua en agosto del año pasado, utilizando WiFi, en alta mar en Gran Canaria, España, y comenzó a producir energía en marzo. Comprende una estructura de flotación automática por gravedad (GBS) y una torre telescópica con elevación automática, ambas hechas de concreto, con una turbina Siemens Gamesa de 5MW en la parte superior. La estructura se puede ensamblar completamente en tierra, incluida la turbina, y luego remolcarse hasta el lugar de instalación donde, después de la carga del GBS en el fondo marino, los gatos convencionales de carga pesada que se reutilizan para levantar una torre después de la otra, levantando dos secciones con un total de 960 toneladas métricas en sus posiciones finales. Las tomas recuperables que elevan cada nivel están soportadas por la que está debajo, que también guía el tubo alzado a medida que se eleva, en un procedimiento de autoinstalación en el que la torre en sí es la única estructura de soporte requerida. Todos los trabajos se realizan desde una única plataforma de acceso, que se elimina una vez que se instala la turbina.

El consorcio, compuesto por Esteyco, Siemens Gamesa, Ale Heavylift, Dewi GmbH y PLOCAN (la plataforma oceánica de las Islas Canarias), afirma que este método podría reducir los costos de instalación en más del 35% en comparación con las chaquetas o monopilas XXL en aguas más profundas (35 metros más). Los socios del proyecto también dicen que el diseño es escalable y sería "un medio fácilmente disponible" para instalar nuevas turbinas de 12MW.

El concepto ELICAN de Esteyo (Foto: ALE)

Margen de mejora
El primer proyecto eólico marino se construyó en 1991, en Vindby, Dinamarca (y ahora está fuera de servicio), y ahora hay más de 18 GW de capacidad eólica marina. "Pero, para poner eso en perspectiva, la capacidad eólica terrestre global es de unos 600 GW", dice Barla. "Por lo tanto, desde una perspectiva de volumen, el sector offshore aún tiene el mayor margen de mejora". Esto podría ser en la política, el proceso, la tecnología y luego la cadena de suministro, dice.

En términos de tecnología, hay un movimiento hacia el uso de fibra de carbono en cuchillas. "Históricamente, los fabricantes se han mostrado reacios a invertir en la obtención de fibra de carbono porque es caro, y con muy pocos proveedores, controlar la cadena de suministro puede ser un desafío", dice Barla. “Si observas a los jugadores más grandes, Siemens Gamesa, todas sus turbinas marinas han sido de fibra de vidrio. Ahora, han anunciado el DD167 de 8MW, un prototipo del cual se instaló hace unos meses, y el DD193 de 10MW, ambos con fibra de carbono. Ha habido un cambio de paradigma en los jugadores más grandes de la industria ".

"En términos de procesos, todavía no estamos allí", agrega. “Habla de la industria automotriz, con líneas de ensamblaje y eficiencia, están muy por delante, pero son una industria que tiene 120 años. Offshore comenzó hace muchos años, pero los proyectos comerciales reales solo comenzaron en los últimos siete años. Todavía hay una gran curva de aprendizaje, en Europa y en todo el mundo ".

Pero, aunque hay espacio para mejorar, las lecciones que ya aprendimos en Europa se pueden replicar ahora en mercados más nuevos, como en los Estados Unidos y Asia, para ayudarlos a escalar más rápido.