Tecnología y servicios de HBM en la construcción del primer parque eólico marino de Alemania

La posibilidad de generar energía eléctrica de una manera eficiente y que no dañe el medio ambiente resulta cada vez más importante en una época de subida de los precios de los productos básicos y aumento de la concienciación medioambiental entre los consumidores. Dentro del proyecto de investigación OGOWin para la construcción de un primer prototipo de parque eólico marino con estructura de celosía, HBM se encarga del suministro e instalación de equipos de ensayo y medición para un centro de pruebas en Bremerhaven, Alemania. La dificultad radica en instalar los equipos de modo que también soporten los esfuerzos extremos a los que se verán sometidos los modelos de producción más adelante, cuando se utilicen en el hostil entorno marino.

Un parque eólico marino está formado por un gran número de aerogeneradores instalados lejos de la costa, en mar abierto, que generan energía limpia de forma constante. Es una idea atractiva, pero no es fácil llevarla a la práctica por los esfuerzos que el viento, las olas y el agua salada imponen a los materiales. Por este motivo, el ministerio federal alemán de Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear (BMU) subvenciona un proyecto de estudio y optimización de las estructuras de cimentación de los parques eólicos marinos (OGOWin) en lo que respecta al uso de materiales, el proceso de montaje y nuevos métodos de producción de la estructura de carga de los aerogeneradores. El proyecto OGOWin investiga en tierra los parques marinos, antes de que las estructuras de cimentación se instalen en el lecho marino.

Los dos principales componentes de un parque eólico marino son la estructura de carga (celosía + torre) y la propia nacelle, que incluye las palas del rotor cuya rotación genera energía eléctrica a partir de la fuerza del viento. El proyecto OGOWin se centra en la celosía. Los investigadores tienen como objetivo minimizar el uso de materiales, ya que el acero es caro y una celosía pesa aproximadamente 350 toneladas. Además, el estado del parque eólico debe supervisarse continuamente. Los ciclos de mantenimiento y la vida útil residual se infieren de los resultados.

Criterios para la selección de la tecnología de medición: experiencias positivas, resultados convincentes, servicio competente

The Fraunhofer Center for Wind Energy and Marine Technology (SWMT) de Bremerhaven, Alemania, se encarga del diseño y distribución de los equipos de ensayo y medición en la estructura de carga. HBM ha fabricado e instalado los equipos de ensayo y medición para el Fraunhofer CWMT. HBM fue el proveedor elegido principalmente por la experiencia positiva y los resultados convincentes obtenidos en FINO1, una plataforma piloto de generación eólica marina, para la que HBM suministró equipos de ensayo y medición (galgas extensométricas eléctricas con instalación íntegramente impermeable) ya en 2003. Esta plataforma se utilizó sin contratiempos durante varios años hasta que una tormenta excepcionalmente fuerte la dañó. Además, HBM cuenta con un equipo de asistencia internacional muy competente, que permite solucionar los problemas de manera rápida y fiable sobre el terreno. Por último, aunque no por ello sea menos importante, HBM comercializa tanto tecnologías eléctricas como ópticas, lo cual garantiza la reproducibilidad.

La cadena de medida

Galgas extensométricas
Interrogadores optoeléctricos
Amplificador MGC
Software de adquisición de datos catman

Los trabajos de HBM como parte del proyecto OGOWin incluyen la instalación de galgas extensométricas eléctricas y de fibra óptica en los puntos de la celosía sometidos a esfuerzo, así como el cableado de los amplificadores HBM y la transferencia de los valores medidos al centro Fraunhofer. El objetivo consiste en probar ambas tecnologías (galgas extensométricas ópticas —basadas en redes de Bragg— y eléctricas) en relación con la reproducibilidad de los resultados de ensayo y la idoneidad para su uso en los parque eólicos marinos.

Para implementar este concepto de ensayo y medición, HBM suministró el hardware y el software necesarios (amplificador MGC, interrogadores optoeléctricos, software catman) e instaló aproximadamente 70 galgas extensométricas en la celosía. Muchos puntos de medición fueron objeto de una doble configuración, es decir, se instalaron galgas extensométricas de las dos tecnologías. El objetivo principal consiste en analizar el comportamiento estático y dinámico de unos nodos de fundición de reciente desarrollo, que se han utilizado en este diseño por primera vez. Los puntos de medición se cubrieron con múltiples capas de protección, para que pudieran soportar muchos años de uso continuo a una profundidad de 40 metros bajo el agua. Los datos de las pruebas se transmiten a través de cables resistentes al agua salada hasta el amplificador situado al pie de la torre, y se envían al centro Fraunhofer periódicamente. Allí, los datos se visualizan, se convierten y se analizan con la ayuda del software catman de HBM.

Tecnología y servicio de HBM para la construcción del primer parque eólico marítimo alemán

En estos tiempos de precios elevados de la materia prima y de creciente conciencia medioambiental, la producción eficaz y ecológica de energía eléctrica adquiere cada vez mayor importancia a los ojos del usuario. HBM suministra e instala la técnica de medición para el proyecto de investigación OGOWin, un proyecto de construcción del primer prototipo de un parque eólico marítimo (off shore) con coraza en una instalación experimental en Bremerhaven. El reto reside en realizar la instalación de modo que resista también con un mar agitado las extremas cargas posteriores de los modelos en serie.

Los parques eólicos marítimos consisten en una gran cantidad de molinos de viento implantados mar adentro lejos de la costa y que producen energía renovable constante. Un atractivo concepto que, sin embargo, no es fácil de realizar debido a las fuertes cargas, tales como el viento, el oleaje y el agua salada, a las que están sometidos los materiales utilizados. Por esta razón el Ministerio Federal de Medio Ambiente, Protección de la Naturaleza y Seguridad de los Reactores promueve la investigación y la optimización de estructuras de cimentación sueltas para las centrales eólicas marítimas (en adelante abreviado con su acrónimo alemán OGOWin) con respecto a materiales utilizados, desarrollo del montaje y nuevos procedimientos de fabricación para la estructura de soporte de centrales eólicas. En el marco del proyecto OGOWin se prioriza la investigación en tierra de las instalaciones marítimas antes de la aplicación real de las estructuras de cimentación en el mar.

Una central eólica consta de dos elementos principales, la estructura de soporte (coraza + torre) y la góndola propiamente dicha con las palas del rotor que permiten obtener energía eléctrica a partir del viento. El proyecto OGOWin se centra en la coraza como objeto de investigación. Uno de los objetivos de la investigación es reducir al mínimo los materiales utilizados, puesto que el acero es caro y una coraza pesa 350 toneladas. Además, el estado de la central eólica debe ser supervisado por una vigilancia continua. A partir de los resultados obtenidos derivarán unos determinados ciclos de mantenimiento y se podrá determinar la duración del servicio restante.

El Fraunhofer CWMT, centro para la energía eólica y la ingeniería oceánica de Bremerhaven, es responsable de la concepción y proyección de la metrotécnia en la estructura de soporte. A raíz de un encargo desde dicho centro, HBM se ha ocupado de realizar e instalar la técnica de medición. Sobre HBM recayó la decisión debido, entre otras razones, a las experiencias favorables y resultados convincentes obtenidos con FINO1, una plataforma de investigación de energía eólica marítima en la cual HBM ya había instalado en 2003 la técnica de medición (instalación hermética de bandas extensométricas eléctricas) y que funcionó sin problemas durante años, antes de que una tormenta particularmente intensa destruyera parte de la plataforma. Además HBM cuenta con un competente equipo internacional de mantenimiento, capaz de solucionar rápida y fiablemente cualquier problema in situ. Por último, y por ello no menos importante, HBM ofrece ambas tecnologías de una misma mano, lo cual permite toda reproducibilidad.

En el marco del proyecto OGOWin, HBM es responsable de la instalación de bandas extensométricas eléctricas y de fibra óptica en los puntos ”sometidos a tensión“ de la coraza, del tendido de cables hasta los amplificadores HBM y de la transmisión de los datos medidos al Fraunhofer Center. El objetivo consiste en testar ambas tecnologías (bandas extensométricas ópticas basadas en fibra con rejilla de Bragg y bandas extensométricas eléctricas) con respecto a su reproducibilidad de resultados de medición y su capacidad de aplicación a las centrales eólicas marítimas.

Con el fin de poner en práctica el concepto de medición, HBM suministra el hardware y el software necesarios (amplificador de medida eléctrico MGC / interrogadores optoeléctricos / catman® Software) y aplica cerca de 70 bandas extensométricas a la coraza vertical. Además, el recubrimiento doble de muchos de los puntos de medición da lugar a la aplicación de ambas tecnologías. El punto de mira principal es el análisis de los comportamientos estáticos y dinámicos de los nudos de fundición, recientemente desarrollados y utilizados por primera vez en esta construcción. Los puntos de medida recubiertos por varias capas han resistido varios años de servicio continuo bajo el agua a una profundidad de 40 metros. Los datos medidos se transmiten por medio de cables herméticos al agua salada hasta el amplificador de medida sumergido al pie de la torre y desde allí se envían periódicamente al centro Fraunhofer. Una vez en el centro, los datos se visualizan, convierten y analizan con el software catman® de HBM.

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