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Capturar la energía de los vientos que soplan frente a las costas de los Estados Unidos podría más que duplicar la producción de electricidad del país. No es de extrañar que la administración Biden considere que este inmenso recurso de energía limpia es esencial para sus ambiciosos objetivos climáticos de electricidad 100 % libre de carbono para 2035 y una economía neta cero para 2050. La Casa Blanca tiene como objetivo 30 gigavatios de energía eólica marina para 2050. 2030: suficiente para alimentar 10 millones de hogares.
En el Simposio de Primavera de la Iniciativa Energética del MIT, expertos académicos, analistas de energía, desarrolladores eólicos, funcionarios gubernamentales y representantes de servicios públicos exploraron las inmensas oportunidades y los formidables desafíos de aprovechar este titánico recurso, tanto en los Estados Unidos como en otras partes del mundo.
“Hay mucho trabajo por hacer para descubrir cómo usar este recurso de manera económica, y lo antes posible”, dijo Robert C. Armstrong, director de MITEI y profesor de ingeniería química de Chevron, en su introducción al evento. .
En sesiones sobre tecnología, despliegue e integración, política y regulación, los participantes definieron los temas clave para el desarrollo de la energía eólica marina, describieron las amenazas a su rápido despliegue y propusieron vías potenciales para romper el punto muerto.
Avances en I+D
Como moderador de un panel sobre la investigación del MIT que hace avanzar a la industria, Robert Stoner, subdirector de ciencia y tecnología del MITEI, brindó a la audiencia el contexto de la industria.
«Tenemos un alto grado de coincidencia geográfica entre dónde está esa capacidad eólica y dónde estamos la mayoría de nosotros, y eso es complementario a la energía solar», dijo. Las turbinas ubicadas en aguas marinas más profundas se benefician de velocidades de viento más altas. “Puedes hacer que estas máquinas sean enormes, creando economías de escala sustanciales”, dijo Stoner. Una turbina en tierra genera alrededor de 3 megavatios; cada una de las estructuras en alta mar puede producir de 15 a 17 megavatios, con palas del largo de un campo de fútbol y alturas mayores que el Monumento a Washington.
Para aprovechar el poder de los parques eólicos repartidos en cientos de millas náuticas en aguas profundas, dijo Stoner, los investigadores primero deben resolver algunos problemas graves, incluida la construcción y el mantenimiento de estas plataformas masivas en entornos hostiles, el establecimiento de parques eólicos para optimizar la producción y la creación y conexiones socialmente aceptables a la red terrestre. Los científicos del MIT han descrito cómo están abordando una serie de estos problemas.
“Cuando estás diseñando una estructura flotante, tienes que prepararte para las peores condiciones posibles”, dijo Paul Sclavounos, profesor de ingeniería mecánica y arquitectura naval que desarrolla turbinas que pueden soportar tormentas severas que golpean las aspas y las torres de las turbinas con miles de toneladas. de la fuerza del viento. Sclavounos describió los sistemas utilizados en la industria petrolera para unir plataformas flotantes gigantes al fondo del océano que podrían adaptarse para plataformas eólicas. Los componentes relativamente económicos, como las amarras de poliéster y los materiales compuestos, «pueden disminuir el impacto de las olas altas y las fuertes cargas de viento».
Para extraer la máxima potencia de turbinas individuales, los desarrolladores deben considerar la aerodinámica entre turbinas en el mismo parque eólico y entre parques eólicos adyacentes, según Michael Howland, Esther y Harold E. Edgerton, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental. El trabajo de Howland que modela la turbulencia en la atmósfera y la velocidad del viento ha demostrado que inclinar las turbinas una pequeña cantidad entre sí puede aumentar drásticamente la generación de energía para las instalaciones en alta mar, mejorando drásticamente su eficacia. Howland espera que su investigación ayude a «cambiar el diseño de los parques eólicos al principio del proceso».
La integración de la electricidad eólica marina en las redes regionales, como la operada por ISO New England, es asombrosamente compleja, desde la conversión de voltajes hasta el monitoreo de la carga de los servicios públicos. Steven B. Leeb, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación e ingeniería mecánica, está desarrollando sensores capaces de indicar fallas electrónicas en una microrred conectada a un parque eólico. Y Marija Ilić, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación e investigadora principal en el Laboratorio de Sistemas de Información y Decisión, está desarrollando un software que permitiría la programación en tiempo real de equipos controlables para compensar la energía variable generada por el viento. y otros recursos renovables variables. También se trabaja en la automatización distribuida adaptativa de estos equipos para asegurar una red eléctrica estable.
«¿Cómo llegamos de aquí para allá?»
Los oradores del simposio brindaron instantáneas de la industria offshore emergente, compartiendo su sentido de urgencia y algunas frustraciones.
El clima plantea «una crisis existencial» que requiere «una empresa masiva de pie de guerra», dijo Melissa Hoffer, quien se desempeña en el cargo recién creado de jefe climático para la Commonwealth de Massachusetts. Ella ve la energía eólica como «la columna vertebral de la descarbonización del sector eléctrico». Con el proyecto Vineyard Wind, el estado será uno de los primeros del país en agregar energía eólica marina a la red. «De hecho, vamos a ver los primeros 400 megavatios… probablemente interconectados y puestos en línea a fines de este año, lo cual es un hito fantástico para nosotros», dijo Hoffer.
El viaje para completar Vineyard Wind ha implicado una plétora de escrutinio ambiental, juicios sobre la ubicación de los arrendamientos, negociaciones sobre el precio de la electricidad que producirá, la compra de las ciudades donde su cable subterráneo llega a tierra y viaja a una subestación de Eversource. Es una historia familiar para Alla Weinstein, fundadora y directora ejecutiva de Trident Winds, Inc. En la costa oeste, donde las aguas profundas (más de 60 metros) comienzan más cerca de la costa, Weinstein está tratando de hacer despegar proyectos eólicos marinos flotantes. “He estado trabajando en energías renovables marinas durante 20 años, y cuando la gente me pregunta por qué hago lo que hago, les digo que es porque es importante”, dijo. «Porque si no lo hacemos, es posible que no tengamos un planeta adecuado para los humanos».
La «imagen de la realidad» de Weinstein describe un proceso de varios años en el que Trident Winds debe abordar las preocupaciones de las partes interesadas, como las comunidades tribales y la industria pesquera, y garantizar el cumplimiento, entre otras reglamentaciones, de la Ley de Protección de Mamíferos Marinos y Migratorios. Ley de Especies de Aves. La construcción de estas enormes plataformas flotantes, cuando finalmente se lleven a cabo, requerirá infraestructura portuaria especializada y embarcaciones aún sin construir, así como una gran mano de obra calificada para el montaje y la transmisión. «Es una oportunidad única en la vida para crear una nueva industria», dijo, pero «¿cómo llegamos de aquí a allá?».
Danielle Jensen, gerente técnica de Offshore Wind Americas de Shell, trabaja en un proyecto frente a Rhode Island. El plan requiere un cable de corriente continua de alto voltaje que llegue a tierra en Massachusetts, donde las líneas de corriente continua cambian a corriente alterna para conectarse a la red. “Nada de eso existe, por lo que debemos encontrar el espacio, el terreno y los tipos de cables correctos, conectarnos al punto de interconexión y trabajar con los operadores de interconexión para hacerlo de manera segura y confiable”, dijo.
Las empresas de servicios públicos se están asociando con los desarrolladores para comenzar a derribar algunas de estas barreras. Julia Bovey, directora de energía eólica marina de Eversource, describió la remodelación o mejora de cinco puertos y nuevos buques de transporte de su empresa para el ensamblaje de componentes de parques eólicos en alta mar en aguas del Atlántico. La empresa de servicios públicos también está excavando debajo de las carreteras para tender cables para nuevas líneas eléctricas. Bovey señala que los problemas en las cadenas de suministro y la inflación han elevado los costos. Esto hace que la determinación de las tarifas futuras de electricidad sea más compleja, especialmente porque los contratos de servicios públicos y los mercados operan de manera diferente en cada estado.
solo las siete
Otros países tienen una ventaja considerable en la energía eólica marina: hasta la fecha, Estados Unidos afirma tener solo siete aerogeneradores en funcionamiento, mientras que Dinamarca tiene 6200 y el Reino Unido 2600. La potencia combinada de Europa es de 30 gigavatios, que, como señala el investigador del MITEI Tim Schittekatte, es el objetivo de Estados Unidos para 2030.
La Unión Europea quiere 400 gigavatios de energía eólica marina para 2050, un objetivo que se vuelve aún más urgente debido a las amenazas a la seguridad energética de Europa derivadas de la guerra en Ucrania. “La idea es conectar todas estas turbinas eólicas, creando una red de malla en alta mar”, dijo Schittekatte, con la ayuda de las regulaciones europeas que establecen “un proceso armonizado para construir infraestructura transfronteriza”.
Morten Pindstrup, ingeniero jefe internacional de Energinet, la empresa energética estatal de Dinamarca, describió un elemento de este plan paneuropeo: una red eólica marina híbrida danesa-alemana. Energinet también está construyendo islas de energía en el Mar del Norte y el Báltico para poner en común la energía de los parques eólicos marinos y abastecer a diferentes países.
La industria eólica europea se beneficia de la planificación, la regulación y los mercados centralizados, dijo Johannes P. Pfeifenberger, director de The Brattle Group. «El proceso de planificación de la red en los Estados Unidos no es adecuado hoy en día para encontrar soluciones rentables que nos lleven a tiempo a una red de energía limpia», dijo. Pfeifenberger recomendó que Estados Unidos busque de inmediato una serie de medidas, incluido un acuerdo multiestatal para la cooperación en energía eólica marina y el establecimiento por parte de los operadores de redes de tecnologías de transmisión compatibles.
Los oradores en el simposio expresaron serias preocupaciones de que las aprobaciones complicadas y prolongadas, junto con la política partidista, podrían obstaculizar la naciente industria offshore del país. “Puedes desarrollar lo que quieras y estar de acuerdo en lo que haces, y luego las personas a cargo cambian y todo se desmorona”, dijo Weinstein. «No podemos reducir la velocidad, y en realidad tenemos que acelerar».
Larry Susskind, profesor de Planificación Urbana y Ambiental de Ford, tenía ideas para romper los permisos y los estancamientos políticos. Como experto en negociación, sugirió convocar reuniones confidenciales para las partes interesadas con intereses contrapuestos para sesiones colaborativas de resolución de problemas. Anunció la creación de una clínica para la implementación de instalaciones de energías renovables en el MIT. «Estamos logrando que la gente esté de acuerdo en que hay un problema y acepte que sin una solución, el sistema no funcionará en el futuro, y debemos comenzar a resolverlo ahora».
Otros participantes del simposio se mostraron más optimistas sobre el éxito de la energía eólica marina. «Créanme, el viento flotante no es una tecnología exótica y difícil de implementar», dijo Sclavounos. «Habrá empresas que inviertan en esta tecnología porque produce cantidades masivas de energía, y aunque el proceso no se simplifique, la economía saldrá adelante».
