Retos de la ingeniería en el mantenimiento de parques eólicos marinos

Mayuly Rodríguez.

Noviembre 24, 2023

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Autor: Ing. Mayuly Rodríguez, 24 noviembre 2023.

Introducción

Los parques eólicos marinos son estructuras impresionantes y ejemplos de ingeniería avanzada y sostenibilidad, que enfrentan retos en su construcción, operación y mantenimiento. Es una importante fuente de energía renovable que representa una excelente alternativa energética para alcanzar los objetivos de descarbonización.

Su éxito depende de una metodológica planificación y ejecución. En este contexto la gestión de mantenimiento enfrenta grandes problemas, particularmente debido a las condiciones adversas del entorno marino y la demanda de tecnologías avanzadas para una administración eficaz. Además, su éxito también está vinculado a un conocimiento técnico especializado, dado que es una opción energética relativamente nueva en el ámbito de las energías limpias.

En 2022, la capacidad instalada de energía eólica marina a nivel mundial alcanzó los 39,2 GW, un aumento del 27,5% respecto al año anterior. Se espera que esta tendencia continúe en los próximos años, debido a la serie de ventajas que ofrecen los parques eólicos marinos con respecto a otras fuentes de energía renovable.

Desafíos generales de la ingeniería eólica marina

La industria global de la energía eólica marina está en constante desarrollo a medida que avanza se plantea como una gran oportunidad de desarrollo económico industrial, siendo el continente europeo con mayor progreso. Este sector industrial enfrenta serios problemas de ingeniería, tanto en la actualidad como en el futuro:

Determinar ubicaciones óptimas que maximicen la producción energética
Tomar decisiones de desarrollo basadas en información detallada y estratégica
Agilizar y facilitar los procesos de aprobaciones de desarrollos
Minimizar la incertidumbre y los riesgos de inversiones
Asegurar la robustez de las cimentaciones frente a la agresión de las olas y el viento
Incrementar la seguridad y la eficiencia en las operaciones
Ejecutar mantenimientos que sean efectivos y seguros
Repotenciar o desmantelar proyectos de manera eficiente y sostenible

Importancia del mantenimiento en activos marino

Los parques eólicos marinos están particularmente sujetos a la degradación debido al aire cargado de sales, las velocidades altas del viento y la continua explosión a los rayos solares; en este sentido, mantenerlos es de suma importancia para la industria marítima. Una eficaz gestión en el mantenimiento, garantiza la seguridad de las estructuras y del personal en condiciones adversas, de la misma forma mejora la eficiencia operativa, reduce el tiempo de inactividad y maximiza la producción.

Esta disciplina contribuye a prolongar la vida útil de los equipos e infraestructuras offshore, previniendo fallas costosas y favoreciendo la sostenibilidad ambiental. Además, impulsa la adaptación a nuevas tecnologías y prácticas, abordando efectivamente los retos actuales en el entorno marino.

Desafíos y alternativas disponibles en el mantenimiento de parques eólicos

Durante el período de funcionamiento de un parque eólico marino, se realizan una serie de tareas de mantenimiento programadas y no programadas para mantener las turbinas en funcionamiento bajo condiciones confiables, y así, garantizar una generación de energía continua.

Mantener estos sistemas en óptimas condiciones no solo maximiza su eficiencia, sino que también generan rentabilidad a los inversores. Estas estructuras, situadas en el implacable ambiente marino, se enfrentan problemas; los cuales, deben resolverse con la inclusión de alternativas accesibles:

Acceso y logística en alta mar: El transporte de personal y equipo a los parques eólicos marinos es un reto relevante, son traslado costoso y logísticamente desafiante, estos se realizan mediante barcos y helicópteros. Las ubicaciones remotas, los patrones climáticos impredecibles y la disponibilidad limitada de recursos son obstáculos para las operaciones de mantenimiento.

Una solución efectiva: Las filiales de Integrated Wind Solutions han colaborado para desarrollar un innovador concepto de operación y mantenimiento para cimientos y subestaciones marinas. Integrando los buques de servicio de IWS Fleet, la gestión de la cadena de suministro de IWS Services y las habilidades de mantenimiento interno de ProCon en un solo paquete de servicios. Con un conjunto de servicios de mantenimiento que elimina la necesidad de múltiples subproveedores e interfaces, cuentan con buques híbridos equipados con un novedoso sistema de pasarela para un acceso seguro y fácil a la cimentación en alta mar, y un equipo de técnicos especializados con las habilidades de mantenimiento necesarias¹.

Accesibilidad en condiciones adversas: El acceso a las turbinas en alta mar tanto en la parte aérea como la sumergida, es complejo y peligroso, especialmente durante mal tiempo, lo que dificulta cualquier operación de mantenimiento, ya sea programada o no programada.

Una idea innovadora: Un proyecto europeo, ATLANTIS, utiliza la robótica para realizar inspecciones remotas y mantenimiento en condiciones difíciles. La combinación de software inteligente y robots aumenta las horas de trabajo de los buques de mantenimiento en un 35 %, optimizando las operaciones incluso en condiciones meteorológicas adversas.

Otra alternativa relevante es las integraciones de operaciones remotas de mantenimiento a través del uso de la robótica y sistemas autónomos, que hoy en día son opciones efectivas para minimizar el acceso a los parques marinos, cuando las condiciones son desfavorables.

Riesgos de seguridad: Estos entornos son complejos y requieren cumplir estrictas medidas de seguridad. Las actividades demandan estrategias rigurosas por que implican trabajar a grandes alturas, espacios confinados y entornos submarinos; lo cual, aumenta el riesgo de accidentes y lesiones. Los protocolos son estrictos para proteger los trabajadores. Es necesario el uso de tecnología y equipamiento especializado que garanticen la seguridad en todas las operaciones.

Altos costos: Se deben a la complejidad técnica y logística de trabajar en alta mar, exigiendo medidas de seguridad estrictas y recursos logísticos especializados. Además, los desafíos incluyen mayor riesgo de fallas del equipo. Estos factores, combinados con la necesidad de capacitación especializada del personal contribuyen a elevar los costos de mantenimiento.

Una propuesta novedosa: Emobi Industries, a través de su filial Inbersa, ha firmado un acuerdo con Esteyco para fabricar el prototipo ATOMS, un proyecto innovador financiado por la Comisión Europea que busca transformar el mantenimiento de las turbinas eólicas marinas. ATOMS implica el diseño de una plataforma de acero que facilita el mantenimiento, eliminando la necesidad de grandes buques, reduciendo los costos operativos. Este avance es un paso adelante en los esfuerzos de descarbonización y transición energética de la Unión Europea, y su éxito podría marcar un cambio importante en la industria eólica marina a nivel mundial. Comenzará a fabricarse a finales de 2023, y se concederá en Gran Canaria durante el verano de 2024 y de tener el éxito tendrá salida comercial mundial².

Detección y reparación de fallos: Debido a la ubicación remota y a las condiciones adversas, el diagnóstico preciso de fallas a distancia es complicado, el tamaño de la turbina tanto por su parte aérea como la sumergida influye en el tiempo de respuesta en caso de un mantenimiento.

El uso de gemelos digitales crea réplicas virtuales de activos físicos, facilitan el monitoreo en tiempo real y el mantenimiento predictivo, mejorando la toma de decisiones. Este enfoque, alineado con los estándares de la Industria 4.0, permite una gestión más eficaz del ciclo de vida de las turbinas eólicas.

El uso de drones submarinos hace los mantenimientos más eficiente y rentable. Estos vehículos operados a distancia (ROV) reemplazan el costoso y peligroso proceso de inspección por buzos, al ser capaces de realizar inspecciones y mantenimientos con mayor seguridad, equipados con cámaras y sensores.

Utilizando análisis de datos avanzados y algoritmos de aprendizaje automático, los operadores logran predecir fallas potenciales basándose en datos históricos y condiciones operativas actuales.

Complejidad en las reparaciones: Cualquier operación de mantenimiento en alta mar se denomina compleja, y requieren de equipos y personal especializado, y de un tiempo oportuno para ejecutar la actividad de manera eficiente.

Soluciones precisas: Rope Robotics, lanza el primer robot para reparaciones de aerogeneradores eólicos, es el primero en ofrecer reparaciones comerciales; es cuatro veces más rápido que el método manual a la mitad de costo, seguridad para técnicos; se están realizando reparaciones de prueba en turbinas marinas; la empresa danesa incorporará IA en su robot de mantenimiento de palas de turbinas eólicas marinas y está planeando su lanzamiento comercial para 2024³.

Implementación de tecnologías digitales: Integrar estrategias digitales representa un reto significativo por varios factores. Primero, la integración de sistemas avanzados como análisis de datos e inteligencia artificial requiere una infraestructura rigurosa y resistente a las condiciones marinas. Además, garantizar una conectividad confiable y segura para el monitoreo continuo y el mantenimiento predictivo es complejo.

Soluciones alternativas: Se han incorporado avances como la digitalización, inteligencia artificial, y la hibridación con sistemas de almacenamiento. Estas tecnologías mejoran la operación de los parques y optimizan el mantenimiento.

El mercado del mantenimiento de la energía eólica marina está desarrollando variadas e innovadoras propuestas para superar diversos retos y convertirse en uno de los más importantes de la industria naval. La colaboración entre operadores de parques eólicos marinos, empresas de mantenimiento y fabricantes de equipos es fundamental para impulsar el desarrollo y resolver retos comunes.

Principales tipos de mantenimiento en un sistema eólico marino

Cuando las operaciones de producción de energía eólica marítima y los servicios de mantenimiento se optimizan de manera efectiva, se logra el mejor rendimiento a largo plazo de estos activos. Los operadores de turbinas eólicas utilizan el mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo para mantener la continuidad operacional de las máquinas.

Correctivo: Son reparaciones de averías o ejecución de mantenimientos de emergencia no programados. El análisis de datos y el control de los equipos implicados en estos es necesario para proporcionar servicios integrales a la eólica marina e identificar posibles incidencias en tiempo real. Para minimizar el impacto de estas acciones correctivas, es debe mantener un stop de repuestos y componentes críticos.

Predictivo: Son estrategias basadas en acciones predictivas como análisis de aceite, mediciones de vibraciones y termografía para anticipar cualquier mal funcionamiento que se desarrolle lentamente y minimizar las averías imprevistas. En este se utilizan sensores para monitorear los diversos elementos de una turbina, incluida velocidad, temperatura y vibración. Los programas de software analizan estos datos y recomiendan si una turbina necesita reparación.

Preventivo: Refiere a todas las acciones que están programadas en el manual de mantenimiento de los aerogeneradores marinos (inspecciones periódicas, mantenimientos de rutina que se realizan una o dos veces al año puede durar hasta un día por aerogenerador), que son necesarias para garantizar que operen en óptimas condiciones durante todo su ciclo de vida.

¿Cómo afecta una mala gestión de mantenimiento a un parque eólico marino?

Esta acción tiene impactos directos y significativo en el rendimiento y la disponibilidad de los sistemas de generación de energía limpia. Los principales efectos son los siguientes:

Disminución de la producción de energía: Un mantenimiento inadecuado o la falta del mismo, provoca fallas en las turbinas eólicas, reduciendo la producción de energía. En algunos casos, las averías pueden ser tan graves que provoca la desconexión de la turbina de la red eléctrica.
Aumento de los costes: Los mantenimientos ineficientes o desfasados incrementan los costos operativos. Estos provocan averías y fallos más frecuentes y severos, que a su vez requieren reparaciones urgentes o incluso el reemplazo de componentes críticos. Provocan tiempos de inactividad prolongados incrementando los costos indirectos.
Reducción de la vida útil de las turbinas: Se acelera el desgaste de componentes, genera fatiga estructural y se degradan los materiales. Este deterioro acelerado resulta en la necesidad prematura de reemplazar equipos clave, lo que conlleva a una reducción significativa en el ciclo de vida esperado de las turbinas.
Entre los factores que más contribuyen se incluyen: La falta de planificación y organización, la deficiencia de recursos, equipos de mantenimiento inadecuados y la falta formación del personal. Para evitar los efectos negativos de una gestión deficiente, es importante establecer un programa eficaz que incluya los siguientes elementos: Un plan preventivo que establezca un calendario de inspecciones y reparaciones, un equipo calificado y un riguroso sistema de gestión de mantenimiento, que permita el seguimiento de las tareas y la identificación de cualquier situación adversa.

Conclusión

La energía eólica marina es una tecnología fundamental para impulsar la descarbonización de la economía mundial. Aunque los expertos en mantenimiento enfrentan varias pruebas, continúan ampliando los límites de la innovación para superar estos retos en los parques eólicos marinos. Con mayores avances en tecnología, consideraciones ambientales y participación de las partes interesadas, la eficiencia del mantenimiento de estas mega estructuras está abordando las mejores soluciones para mantener de manera eficiente la continuidad operativa garantizando la seguridad.