Energía
Mejorando los parques eólicos marinos y turbinas de mareas mediante la predicción de lo impredecible
Los proyectos de energía renovable offshore están ganando una tracción significativa en todo el mundo. Si observamos solo la Unión Europea, el despliegue de energía eólica offshore está en el centro de la consecución del Pacto Verde Europeo, que busca garantizar la competitividad de Europa y la seguridad del suministro energético.
En general, la Comisión Europea ya ha publicado una estrategia de la UE dedicada a la energía renovable offshore, que propone medidas sólidas para apoyar el desarrollo sostenible a largo plazo del sector. La estrategia establece objetivos ambiciosos de una capacidad instalada de al menos 60 GW de energía eólica offshore y 1 GW de energía oceánica para 2030, y 300 GW y 40 GW, respectivamente, para 2050. La buena noticia es que los países de la UE ya han superado los objetivos propuestos por la Comisión, tanto a corto como a largo plazo.
El mercado global de energía renovable offshore también está creciendo rápidamente. Según el Informe del Mercado Eólico Offshore 2024 publicado por la National Renewable Energy Limited (NREL), las nuevas instalaciones eólicas offshore en 2023 aumentaron la capacidad global a más de 68 GW, distribuidas en 319 proyectos en operación que albergan más de 13.000 turbinas en funcionamiento.
Con proyectos adicionales en diversas etapas de planificación y desarrollo, la capacidad de energía eólica offshore en cartera supera los 453,6 GW, de los cuales 104,4 GW provienen de estructuras flotantes.
Tal crecimiento en los regímenes de energía renovable offshore requiere un fuerte apoyo de la comunidad global de I&D en todo el mundo, y ese apoyo está disponible. En el siguiente segmento, discutimos uno de esos desarrollos innovadores: el despliegue de robots submarinos capaces de predecir olas en tiempo real para que el costo de producir energía renovable offshore pueda reducirse.
Una nueva tecnología podría hacer más barato, rápido y seguro el mantenimiento de parques eólicos offshore y turbinas de mareas
La investigación fue realizada por tres investigadores de la Universidad de Edimburgo, Kyle L. Walker, Laura Beth Jordan y Francesco Giorgio-Serchi. Este equipo desarrolló una arquitectura de control completa de extremo a extremo para la supresión de perturbaciones durante tareas de mantenimiento de posición bajo perturbaciones de olas, que incluye un controlador predictivo no lineal (NMPC) combinado con un predictor determinista de olas marinas (DSWP). Su solución busca facilitar el uso de vehículos submarinos que operan en entornos dominados por olas, donde las perturbaciones influyen significativamente en la respuesta del vehículo y representan una amenaza para la seguridad operativa.
En términos simples, los investigadores han creado herramientas —tanto computacionales como experimentales— que permiten a los robots autónomos mantener una posición estable en medio de olas irregulares y turbulentas. El tanque de pruebas FloWave de la universidad sirvió como sitio de ensayo para el experimento. Para los datos, utilizaron información capturada por una boya en el Mar del Norte para imitar los tipos de condiciones en las que los robots podrían operar.
El sistema utiliza dispositivos anclados al lecho marino para medir la dirección y altura de las olas entrantes y transmitir la información en tiempo real a un robot que trabaja cercano, permitiendo que la máquina no tripulada anticipe perturbaciones futuras complejas en el agua y las contrarreste para mantener una posición estable.
Los beneficios de la tecnología
Fuente: The University of Edinburgh
Los robots no tripulados y estables estacionados offshore llevarían a cabo la compleja tarea de mantenimiento rutinario a menor costo, reduciendo el costo total de generación de energía renovable, que carece de ventaja competitiva al costar típicamente mucho más que los combustibles fósiles. El despliegue de dichos robots y su estabilidad también garantizaría operaciones simplificadas que no requieren barcos, helicópteros o equipos de izado.
Los investigadores destacan que su nueva solución es mejor que los sistemas de control convencionales.
Para profundizar en la naturaleza de la mejora que han experimentado estos sistemas de control, el Dr. Kyle Walker, uno de los tres investigadores, dijo lo siguiente:
“Al formar una predicción de futuras perturbaciones de olas e integrarla dentro del sistema de control, podemos ampliar este rango con poco o ningún cambio en el hardware del robot. En cuanto a la aplicación de esta tecnología en el campo, es un gran beneficio y hace que nuestro sistema sea aplicable a la mayoría de los vehículos actualmente disponibles en el mercado.”
Además, los resultados de las pruebas han demostrado que el sistema tiene altos niveles de compatibilidad con robots que operan a grandes profundidades cerca de la superficie, donde las perturbaciones se sienten con bastante intensidad.
En el futuro, los investigadores desean dotar a la solución de mayor autonomía para que pueda realizar tareas precisas, como detectar óxido o reparar equipos eléctricos, sin volverse inestable.
Al hablar de los beneficios que podría aportar el avance de esta tecnología, el Dr. Francesco Gorgio-Serchi dijo:
“Avanzar aún más esta tecnología podría ayudar a lograr un cambio significativo en la adopción de robots no tripulados en el mar y aumentar drásticamente el grado de automatización en el sector offshore.”
Si bien esta investigación hace que la producción de energía renovable offshore sea más barata y eficiente, debemos recordar que la investigación en este campo ha continuado durante mucho tiempo. En 2022, por ejemplo, tres investigadores, Y. Liu, M Hajj y Y. Bao, publicaron una revisión de la evaluación de daños basada en robots para turbinas eólicas offshore o OWTs. A continuación, se presentan algunos de los aspectos cruciales de los hallazgos de la revisión.
Haga clic aquí para conocer la tecnología de turbinas generadoras de energía eólica sin movimiento.
Despliegue de robots para evaluar daños en turbinas eólicas offshore
La investigación subrayó el hecho de que los robots pueden llevar a cabo la tarea de evaluación automatizada del estado de las turbinas eólicas offshore. Exploró las posibilidades de desplegar UAVs, robots trepadores y robots submarinos para el monitoreo y el uso de fotografía, termografía e imágenes de rayos X para detectar anomalías.
Las turbinas eólicas offshore enfrentan muchos factores, incluidos entornos hostiles donde cargas dinámicas y extremas afectan su seguridad y vida útil. Los costos de instalación y mantenimiento aumentan, provocando un incremento en el costo total de producción de energía renovable. Además, existe el riesgo de degradación de materiales causado por las aguas saladas del mar.
La investigación indica que los avances recientes en tecnología robótica y algoritmos inteligentes pueden ayudar a evaluar los niveles de daño en OWTs. Mientras un robot equipado con un dispositivo NDE puede ser operado de forma remota o automática para inspeccionar OWTs, los datos obtenidos de estos dispositivos NDE pueden analizarse mediante algoritmos inteligentes para la detección, clasificación, localización y cuantificación de daños. Los UAVs, robots trepadores y robots submarinos pueden ayudar adicionalmente transportando dispositivos como cámaras ópticas e infrarrojas, así como equipos de rayos X.
La investigación infería que las inspecciones basadas en robots podrían ser excelentes soluciones para mejorar la seguridad y ofrecer un alto nivel de robustez manteniendo el precio bajo.
Al observar el valor que estas soluciones ofrecen a la industria de producción de energía renovable, varias empresas han desarrollado soluciones comerciales en este ámbito. A continuación, se presentan algunos ejemplos.
Haga clic aquí para saber si el viento puede alimentar al mundo.
1. Aerones
Aerones es uno de los líderes globales entre las empresas que ofrecen servicios de cuidado robótico de turbinas eólicas. La compañía afirma aprovechar su tecnología robótica patentada para que sus equipos de servicio ofrezcan servicios más rápidos, seguros y eficaces a los operadores eólicos en todo el mundo.
El alcance de los servicios ofrecidos por Aerones abarca todas las áreas de servicio cruciales del ciclo de vida de una turbina, incluyendo inspección, limpieza, reparación y más. Para la inspección, proporciona protección contra rayos, inspección interna y con drones, y servicios de limpieza de orificios de drenaje. En la limpieza, Aerones realiza la limpieza de torres y palas. Para los servicios de reparación, la plataforma robótica altamente sofisticada de Aerones ayuda con la preparación de superficies, aplicación de relleno, lijado y protección del borde de ataque, aplicando un recubrimiento protector para salvaguardar la superficie de la pala de la erosión durante años.
El conjunto único de servicios robóticos de Aerones no está diseñado para reemplazar a los humanos ni quitarles empleos. Requiere técnicos certificados que controlen las herramientas desde la comodidad de un vehículo climatizado. Gracias a su precisión y eficiencia robótica, los servicios de Aerones reducen el tiempo de inactividad entre 4 y 6 veces y disminuyen la permanencia ociosa entre 5 y 10 veces. Su sistema propietario ofrece servicios robóticos de alta calidad a los técnicos de turbinas eólicas para inspecciones, limpieza, mantenimiento y reparaciones, mientras que su plataforma digital basada en la nube recopila conjuntos de datos únicos interindustriales de inspecciones, lo que permite una tarificación eficiente de planes de mantenimiento preventivo más inteligentes y presupuestos.
En septiembre de 2024, Aerones obtuvo un apoyo del fondo de innovación destinado a proyectos de infraestructura altamente innovadores, listos para el mercado, escalables y ambiciosos, orientados a la reducción de emisiones de CO2.
Aerones recibió 4,4 millones de euros del fondo de innovación de la UE. El proyecto, según explicaron, tiene como objetivo lograr reparaciones de turbinas en un plazo de 18 horas, reduciendo significativamente el tiempo de inactividad y contribuyendo a los objetivos climáticos globales. Según los informes, se estimó que su enfoque conduciría a una reducción del 67 % en el tiempo de reparación, evitando 161.349 toneladas de emisiones de CO₂ a lo largo de una década y permitiendo la producción de 918.320 MWh adicionales de electricidad renovable.
En enero de 2023, Aerones recaudó 30 millones de dólares para escalar sus servicios habilitados por robots y mejorar la eficiencia. La ronda de financiación fue co-dirigida por los nuevos inversores Lightrock y Haniel, con la participación de Blume Equity y los inversores existentes Change Ventures, Metaplanet y Mantas Mikuckas, entre otros.
Aerones declaró que los fondos se utilizarían para ampliar sus funciones técnicas y de ventas, incrementar el número de equipos de servicio robóticos y expandirse a nuevos mercados de rápido crecimiento. En el momento de la recaudación, la gama de soluciones habilitadas por robots de Aerones ya atendía a clientes que representaban el 50 % de la capacidad mundial de energía eólica.
2. Bladebug
Otra empresa innovadora que aborda las necesidades de la incipiente industria eólica offshore y las hace predecibles y eficientes es Bladebug. La compañía ha estado desarrollando robots avanzados para asistir a los técnicos en la inspección y reparación de palas de turbinas, sin necesidad de acceso por cuerdas. Las soluciones robóticas de Bladebug ofrecen numerosas ventajas. Reducen las barreras de adopción, minimizan el tiempo de inactividad y evitan la duplicación de esfuerzos.
Los robots rastreadores de Bladebug pueden operarse fuera de la línea de visión. Con su ayuda, los técnicos pueden realizar tareas de mantenimiento de forma remota sin los costos asociados y sin exponerse a condiciones adversas. Es semiautónomo.
En segundo lugar, al ser ligero, la velocidad de despliegue y la facilidad de uso son mucho mayores que las de muchos de sus competidores. A través de la solución robótica de Bladebug, los equipos de operación y mantenimiento (O&M) pueden tratar defectos antes de que sea viable utilizar un equipo tradicional de acceso por cuerdas. Este mantenimiento preventivo aumenta la eficiencia de la turbina y maximiza la energía de bajo carbono generada.
Finalmente, su diseño modular garantiza que el cuerpo del robot pueda aceptar diferentes equipos de pruebas no destructivas y reparación, lo que lo hace flexible en entornos offshore.
Bladebug ha recibido un amplio apoyo financiero y mentoría de empresas como Innovate UK, Catapult Offshore Renewable Energy, Imperial Enterprise Lab y Launch Academy. Está financiado por dos inversores: Britbots y The Offshore Wind Growth Partnership.
3. Reblade
En mayo de 2024, el Consejo Global de Energía Eólica informó que se instalaron récord de 117 gigavatios de nueva capacidad a nivel mundial en 2023. Debido al desafío de instalar más hardware y al aumento de los planes de mantenimiento asociados, la empresa danesa Reblade creó una fábrica de reparación en miniatura entregada por drones.
Las soluciones robóticas de reparación de palas de la empresa incluyen sistemas plug-and-play para los equipos de mantenimiento que permiten a los equipos instruir y monitorear los proyectos desde tierra. Los robots de Reblade pueden realizar reparaciones de erosión con un robot para cada actividad, desde la limpieza y el rectificado hasta el recubrimiento y la pintura del borde de ataque de las palas de la turbina. El sistema de reparación entregado por drones era personalizable, con cada módulo capaz de ejecutar tareas y productos específicos según las preferencias y necesidades de cada cliente.
La empresa afirmó que sus robots eran extremadamente rápidos y eficientes, con equipos de servicio completando reparaciones en dos turbinas completas en un solo día. También afirmó que sus soluciones podían soportar una variedad de condiciones climáticas, con los robots trabajando sin problemas en ubicaciones remotas, reduciendo el tiempo y los costos de servicio hasta en un 80 %. La compañía cuenta con tres inversores, incluidos Eureka Network y el Consejo Europeo de Innovación.
Soluciones robóticas para mejorar los parques eólicos offshore y turbinas de mareas: El futuro
En los próximos días, mejorar la eficiencia en los parques eólicos offshore y turbinas de mareas requerirá mayores esfuerzos en la automatización de los procesos de inspección y mantenimiento. Estos aspectos, además de mejorar la calidad del servicio, también reducirán significativamente los problemas de seguridad al disminuir la necesidad de que buzos humanos trabajen en entornos submarinos peligrosos.
El cambio de los esfuerzos humanos a soluciones robóticas implicará vehículos operados remotamente, embarcaciones de superficie no tripuladas y robots submarinos autónomos más sofisticados. Estas tecnologías operarán con éxito en condiciones que son peligrosas o inaccesibles para los humanos, funcionando en una variedad de condiciones climáticas desafiantes, a mayores profundidades y durante períodos más prolongados.
Los investigadores que trabajan en este campo han identificado varias áreas clave que requieren soluciones más matizadas. Por ejemplo, los robots submarinos deben mantener una posición precisa en mares turbulentos, un desafío que la investigación con la que iniciamos nuestra discusión aborda como un avance significativo.
Los investigadores también están contemplando el uso de gemelos digitales. Dado que los robots actuales son capaces de tecnologías avanzadas de mapeo y reconstrucción 3D, pueden crear modelos tridimensionales detallados de la infraestructura submarina. Los ingenieros pueden entonces usar estos ‘gemelos digitales’ para monitorear la acumulación de vida marina en los cimientos de las turbinas o identificar posibles problemas estructurales, todo desde la seguridad de salas de control en tierra.
Otro avance revolucionario en este ámbito es el uso coordinado de USVs y ROVs. Los USVs actúan como estaciones base móviles, desplegándose y coordinándose con los ROVs submarinos para realizar inspecciones exhaustivas de la infraestructura de los parques eólicos. Los equipos que llevan a cabo dichas operaciones se benefician de IA avanzada y sistemas de control, que permiten a estas unidades robóticas navegar por entornos submarinos complejos con una precisión y eficiencia notables.
Según estimaciones, el uso de sistemas de inspección robóticos podría reducir el consumo de combustible para misiones de mantenimiento hasta en un 97 % —de 7.000 litros al día a solo 200 litros.
En resumen, los beneficios son numerosos. Los beneficios climáticos provienen de una reducción significativa de las emisiones de carbono. Las empresas se benefician a largo plazo, ya que estas soluciones reducen el costo total de producción de energía renovable. Y, finalmente, los empleados, especialmente los relacionados con el mantenimiento y la inspección, se benefician de estándares de seguridad mejorados y de la posibilidad de trabajar en condiciones prácticamente libres de riesgos.
