Energía eólica marina: De la teoría a la práctica en energías limpias

Introducción

La turbina eólica moderna fue inventada por un escocés, el ingeniero eléctrico James Blyth, en 1887. Todo lo que se inventa surge por una necesidad. A veces por error, pero en otras por puro ingenio y curiosidad. Y eso fue lo que pasó con este pionero que construyó un aerogenerador para iluminar su casa de vacaciones. La forma y el tamaño de la turbina eran muy distintos de las que vemos hoy. Medía 10 metros de altura y constaba de una torre trípode de madera, velas de lona semicilíndricas y un eje rotor principal vertical. Otras fuentes también nos dicen que, en 1887, el científico estadounidense Charles F. Brush (1849-1929) construyó la primera turbina eólica para la generación de electricidad, que tenía un diámetro de rotor de 17 metros y 144 palas de rotor hechas de madera de cedro.

De ese tiempo hasta nuestros días, la evolución y la necesidad de recurrir a esta manera de generar energía alternativa se ha incrementado. En la actualidad los aerogeneradores o turbinas eólicas pueden medir entre 80 y 120 metros a diferencia de aquellas construidas por Blyth y Brush. Las palas, incluso, pueden llegar a los 100 metros de longitud y pesar un aproximado de 200 toneladas.

La transición hacia un futuro sostenible depende en gran medida de nuestra capacidad para aprovechar fuentes de energía renovable y limpia. La energía eólica es una de las oportunidades para desarrollar tecnologías emergentes más prometedoras y se destaca como una solución viable para reducir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático. Y la energía eólica es terrestre y también es marina. 

Al igual que la terrestre, la energía eólica marina tiene componentes clave como los aerogeneradores marinos, los parques, la cantidad y capacidad de dispositivos instalados y su importancia dentro del contexto de las energías limpias. Las diferencias entre ellas, sus ventajas y desafíos asociados con la implementación de estas tecnologías, hacen de la marina una inversión mayor a la terrestre.

¿Cuál es el principio y funcionamiento de la energía eólica marina?

El principio es el mismo tanto para la EEM como la terrestre. En alta mar, a diferencia de los terrestres, los vientos marinos son más constantes y esto le permite una generación de energía más eficiente y predecible (WindEurope, 2023). “La potencia media de una turbina eólica en tierra es entre 6 y 7 MW, mientras que las turbinas eólicas en mar abierto pueden llegar a 10 MW. Hay que destacar también que la EEM puede ser fija o flotante, de acuerdo con los requerimientos de generación y condiciones de la instalación.

Pero existe una característica distintiva de los aerogeneradores marinos y es que su diseño les permite soportar condiciones extremas, como la corrosión por agua salada y fuertes corrientes” (Musial & Ram, 2010).

Cuestión de diseño y tecnología

En Europa existen 248 plantas de fabricación de componentes de energía eólica, la mayoría de las cuales pueden aumentar su capacidad dependiendo de la demanda. En el caso específico de los aerogeneradores marinos, estos deben tener una protección contra la corrosión en sus componentes. Para ello, se utilizan materiales y recubrimientos especiales que resisten el ambiente salino. Vale resaltar que a ello se suma que las turbinas marinas por sus características tienen que ser de mayor tamaño, es decir, torres más altas y palas más largas para permitirle captar más energía del viento.

Por lo general, estos materiales de construcción para los aerogeneradores son acero, fibra de vidrio, resina o plástico, hierro o fundición, cobre y aluminio, pero también madera. Las aleaciones de aluminio y el acero se utilizan para la estructura principal de la torre y las palas de la turbina, mientras que para las palas se emplean materiales compuestos avanzados como la fibra de vidrio o la fibra de carbono reforzada con resina epoxi. Específicamente para la energía eólica marina las turbinas están hechas predominantemente de acero (66-79% de la masa total de la turbina); fibra de vidrio, resina o plástico (11-16%); hierro o hierro fundido (5-17%); cobre (1%); y aluminio (0-2%), según un informe del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (Tabla 30), dependiendo esto de la marca y el modelo. 

No obstante, la instalación de aerogeneradores marinos es una tarea complicada y onerosa. Requiere el uso de plataformas flotantes o cimentaciones fijas, dependiendo de la profundidad del agua. “Las cimentaciones fijas son adecuadas para aguas poco profundas, mientras que las plataformas flotantes permiten la instalación en aguas más profundas. Esta tecnología avanzada permite que los aerogeneradores marinos se ubiquen en áreas donde los vientos son más fuertes y constantes, maximizando así la producción de energía” (International Renewable Energy Agency, 2022).

Parques eólicos marinos: Un enfoque colectivo

“Un parque eólico marino es la agrupación de varios aerogeneradores instalados en el mar. Se ubican estratégicamente en áreas con altos recursos eólicos para aprovechar al máximo la energía del viento. Uno de los ejemplos más destacados es el parque eólico Hornsea 1 en el Reino Unido, que es el parque eólico marino más grande del mundo, con una capacidad instalada de 1,218 megavatios (MW)” (Global Wind Energy Council, 2023).

Una de las principales características es que los parques eólicos marinos presentan varias ventajas. En primer lugar, su ubicación en alta mar reduce el impacto visual y acústico en las comunidades costeras. Además, al estar lejos de la costa, no compiten por el uso del suelo con otras actividades humanas, como la agricultura o viviendas en espacios urbanizados. Sin embargo, la construcción y el mantenimiento de estos parques son más costosos que los terrestres debido a la necesidad de tecnología avanzada y equipos especializados. Las granjas eólicas offshore son megaestructuras que se construyen a una distancia media de 41 kilómetros de la costa y que se asientan a una profundidad media de 27,5 metros.

“Esto implica varios desafíos de ingeniería: ¿Cómo se transportan las partes de la turbina eólica al parque eólico? ¿Cómo se coloca la góndola en la torre? ¿Y cómo se ensamblan las palas? Contar con equipos adecuados de elevación y personal capacitado es importante para conseguir el éxito del proyecto. Por ejemplo, uno de los mayores retos es colocar la góndola (nacelle) sobre la torre. Las condiciones climáticas en el mar pueden ser complicadas: oleaje, viento, etc. Por eso, la precisión es vital” (Crosby Airpes, 2022).

Capacidad instalada: Crecimiento y proyección

La capacidad instalada de EEM en Europa ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años hasta de un 102% en la última década. Este crecimiento refleja el compromiso de los gobiernos y las empresas con la transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles.

El aumento de la capacidad instalada se debe en parte a las inversiones en investigación y desarrollo de tecnologías eólicas marinas. Además, las políticas gubernamentales favorables, como subsidios y tarifas de alimentación, han incentivado la construcción de parques eólicos marinos (European Commission, 2022). Se espera que la capacidad instalada continúe creciendo en el futuro, ya que más países reconocen el potencial de la EEM para contribuir a la descarbonización de sus economías.

La importancia de la eólica marina

“La industria eólica generó hasta 2019, 2.500 millones de euros de valor añadido a la economía de la UE por cada nuevo GW de energía eólica terrestre instalada y 2.100 millones de euros por cada nuevo GW de energía eólica marina” (WindEurope, 2024). 

La EEM se destaca como una de las principales fuentes de energía limpia debido a su capacidad para generar grandes cantidades de electricidad sin emitir gases de efecto invernadero. A diferencia de las fuentes de energía fósil, el viento es una fuente inagotable y gratuita, lo que garantiza un suministro constante de energía. Al generar electricidad a partir del viento, se disminuye la necesidad de quemar carbón, petróleo o gas natural, lo que a su vez reduce las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y otros contaminantes (U.S. Department of Energy, 2022). Esto es fundamental para mitigar el cambio climático y mejorar la calidad del aire.

Diferencias entre eólica terrestre y marina

La energía eólica terrestre y marina se basan en el mismo principio de aprovechamiento del viento, pero existen diferencias significativas entre ambas. La principal diferencia es la ubicación de los aerogeneradores que conlleva varias implicaciones en términos de diseño, instalación, operación y mantenimiento.

Una de las diferencias más notables es la mayor constancia y fuerza del viento en el mar. Esto permite que los aerogeneradores marinos generen más energía en comparación con sus contrapartes terrestres. Además, los parques eólicos marinos suelen tener una mayor capacidad instalada debido a la posibilidad de instalar turbinas más grandes. Sin embargo, los costos de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores marinos son más altos debido a las difíciles condiciones del entorno marino (National Renewable Energy Laboratory, 2020).

Ventajas de la energía eólica marina sobre la terrestre

La energía eólica marina presenta varias ventajas sobre la energía eólica terrestre. En primer lugar, los vientos marinos son más fuertes y constantes, lo que permite una mayor generación de energía y en consecuencia una mayor eficiencia y rentabilidad a largo plazo. 

Otra ventaja es la posibilidad de instalar parques eólicos marinos en áreas que no compiten con otras actividades humanas. En tierra, la instalación de aerogeneradores puede enfrentar conflictos de uso del suelo con la agricultura, la urbanización y otras actividades económicas. En el mar, este problema se minimiza, lo que facilita la expansión de la capacidad instalada de energía eólica.

Desafíos y consideraciones

A pesar de sus numerosas ventajas, la energía eólica marina también enfrenta desafíos significativos. Uno de los principales es el alto costo de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores marinos. La necesidad de fuertes estructuras y tecnologías avanzadas encarece el proceso de construcción y operación. Además, la logística de transportar e instalar componentes en el mar es más compleja y requiere el uso de buques especializados y grúas marinas.

Otro desafío importante es el impacto ambiental de los parques eólicos marinos. Aunque la energía eólica marina es una fuente de energía limpia, su construcción y operación pueden afectar a la vida marina, las corrientes oceánicas y a los ecosistemas costeros. Es necesario realizar estudios de impacto ambiental y adoptar medidas de mitigación para reducir estos efectos. Además, la coexistencia de los parques eólicos marinos con otras actividades, como la pesca y el transporte marítimo, requiere una planificación cuidadosa y una gestión adecuada.

Inversión y costos

La inversión para instalar un parque eólico marino es considerablemente mayor que la de un parque eólico terrestre. Según estimaciones, el costo promedio de instalación de un aerogenerador marino puede ser entre dos y tres veces superior al de uno terrestre. Esto se debe a varios factores, como la necesidad de tecnologías avanzadas, estructuras firmes y equipos especializados. Además, los costos de mantenimiento son más altos debido a las difíciles condiciones del entorno marino.

Sin embargo, a pesar de los altos costos iniciales, la EEM puede ser una inversión rentable a largo plazo. La mayor eficiencia y capacidad de generación de los aerogeneradores marinos permiten una producción de energía más constante y predecible, lo que puede traducirse en mayores ingresos. Además, la reducción de las emisiones de carbono y la contribución a la descarbonización de la economía pueden generar beneficios adicionales en términos de sostenibilidad y cumplimiento de objetivos ambientales.

Inversiones en energía eólica marina en Europa y EE.UU

“Dinamarca fue el precursor de la energía eólica en Europa, tanto en tierra como en el mar. Este país instaló el primer parque eólico marino en 1991 en Vindeby, en el Mar Báltico. Aunque el parque ya ha sido desmantelado, su creación marcó el inicio del desarrollo a gran escala de la energía eólica marina en Europa. Dinamarca continúa siendo un líder en la innovación tecnológica y en la implementación de proyectos eólicos tanto terrestres como marinos.” 

La inversión en energía eólica marina ha crecido significativamente en Europa en los últimos años, varios países invirtiendo significativamente en esta tecnología. Veamos algunos datos actualizados:

1. Reino Unido: Es el mayor productor de energía eólica marina del mundo, con una capacidad instalada de 13.9 GW. 
2. Alemania: Tiene una capacidad instalada de 7.7 GW. 
3. Países Bajos: Cuenta con una capacidad instalada de 3.3 GW. 
4. Bélgica: Tiene una capacidad instalada de 2.1 GW.
5. Noruega: En este momento se dispone a levantar una muralla de 300 metros de 40 turbinas flotantes atrapando el viento en alta mar. Es un gigante energético que se levantará al norte de Bergen produciendo 99 GWh al año.

A continuación, se presenta un cuadro con las inversiones en energía eólica por país:

En Estados Unidos, la energía eólica marina está en pleno crecimiento. Aquí tienes algunos de los principales parques eólicos marinos y sus detalles de inversión y generación:

1. Vineyard Wind: Este es uno de los proyectos más grandes y conocidos. Tiene una capacidad de 800 MW y se espera que genere suficiente energía para abastecer a más de 400,000 hogares. La inversión total en este proyecto es de aproximadamente 2.8 mil millones de dólares.
2. Revolution Wind: Con una capacidad de 704 MW, este parque eólico marino está diseñado para proporcionar energía a más de 350,000 hogares. La inversión en este proyecto es de alrededor de 2.5 mil millones de dólares.
3. Coastal Virginia Offshore Wind: Este proyecto tiene una capacidad de 2.6 GW y se espera que genere suficiente energía para abastecer a más de 650,000 hogares. La inversión total en este proyecto es de aproximadamente 8 mil millones de dólares.
4. Commonwealth Wind: Tiene una capacidad de 1.232 MW, y está diseñado para proporcionar energía a más de 750,000 hogares. La inversión en este proyecto es de alrededor de 4 mil millones de dólares.

En total, se espera que la industria de la energía eólica marina en EE.UU. invierta 65 mil millones de dólares para 2030, con una capacidad proyectada de 40 GW para 2035. Hay que destacar que el parque eólico marino más grande de EE.UU. avanza a toda velocidad. Con 2.6 GW de potencia, el proyecto CVOW cambiará la energía en Virginia para siempre. Dominion Energy está construyendo un megaproyecto eólico offshore con 176 turbinas, capaces de alimentar millones de hogares. El proyecto ya está al 50% de avance y sigue en marcha para su entrega en 2026.

Conclusión

El futuro de la energía eólica marina es prometedor. A medida que los gobiernos y las empresas reconocen la importancia de las energías limpias para combatir el cambio climático, se espera que la capacidad instalada de energía eólica marina continúe creciendo. Las inversiones en investigación y desarrollo están impulsando la innovación en tecnologías eólicas marinas, lo que permite la instalación de turbinas más grandes y eficientes.

Referencias

1. WindEurope. (2023). Offshore Wind in Europe: Key Trends and Statistics 2023. Retrieved from https://windeurope.org
2. International Renewable Energy Agency (IRENA). (2022). Offshore Renewable Energy. Retrieved from https://www.irena.org
3. Global Wind Energy Council (GWEC). (2023). Global Offshore Wind Report 2023. Retrieved from https://gwec.net
4. Musial, W., & Ram, B. (2010). Large-Scale Offshore Wind Power in the United States: Assessment of Opportunities and Barriers. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Retrieved from https://www.nrel.gov
5. European Commission. (2022). Clean Energy for All Europeans. Retrieved from https://ec.europa.eu
6. National Renewable Energy Laboratory (NREL). (2020). Offshore Wind Market Report: 2020 Edition. Retrieved from https://www.nrel.gov
7. U.S. Department of Energy. (2022). Offshore Wind Technologies Market Report. Retrieved from https://www.energy.gov