Energía y medio ambiente

Apoyo a la energía eólica marina: buques empleados en la instalación de parques eólicos marinos

Apoyo a la energía eólica marina: buques empleados en la instalación de parques eólicos marinos

El desarrollo de un parque eólico marino generalmente comprende cuatro etapas diferentes, específicamente estudios previos a la instalación, instalación, operaciones y mantenimiento y desmantelamiento. Esto significa que el sector requiere una amplia variedad de embarcaciones de apoyo para llevar a cabo de manera efectiva la multitud de tareas diferentes. En los últimos años, los cuellos de botella en el suministro de dichos buques han afectado al sector, principalmente por la falta de disponibilidad de buques especializados. En consecuencia, los desarrolladores de parques eólicos han tendido a acudir al sector del petróleo y el gas en busca de ayuda.

La escasez de embarcaciones provoca retrasos en la fase de construcción y esto ha sido un problema habitual en el pasado. Por ejemplo, el parque eólico Alpha Ventus se retrasó un año debido a tal escasez, y cuando se proporcionó un barco, era 20 veces más grande de lo que se había planeado originalmente. El parque eólico marino de North Hoyle requería un buque de instalación de turbinas dedicado, la Resolución MPI, cuya construcción se retrasó. El proyecto también tuvo que utilizar buques de construcción para cumplir con el plazo, pero en consecuencia se retrasó unos seis meses. La embarcación de instalación del London Array se retrasó tres meses, lo que requirió el alquiler de una embarcación adicional para cumplir con el plazo.

Dada la tasa de crecimiento en el sector eólico marino, es probable que haya más de 5,000 turbinas eólicas marinas operativas en aguas del Reino Unido para 2025. Es probable que la distancia promedio desde la costa hasta el parque eólico aumente de acuerdo con las rondas de arrendamiento de Crown Estate, por Por ejemplo, el parque eólico marino Dogger Bank se construirá en profundidades de agua de hasta 63 metros con una distancia de tránsito probable de 290 kilómetros, lo que requerirá un viaje náutico de más de 5 horas.

Esto, a su vez, tendrá un impacto en las estrategias de Operaciones y Mantenimiento (O&M) y un impacto creciente en el diseño de los buques. Por lo tanto, los buques tendrán que ser más duraderos y eficientes en el futuro, por lo que el mercado de estos buques está en constante evolución. También puede llegar un momento en que, al igual que en el sector del petróleo y el gas, los técnicos de los parques eólicos tendrán que operar y vivir en bases cercanas al sitio del parque eólico. En el sector del petróleo y el gas, el período que se pasa en esa base suele ser de dos semanas. Aunque es probable que la solución más económica para las operaciones cercanas a la costa sea una basada en botes de trabajo, los sitios en aguas más profundas más alejadas de la costa tendrán que estar respaldados por módulos de alojamiento o un 'barco nodriza', embarcaciones de apoyo más grandes o autoelevadores, según en la estrategia de O&M empleada.

Por lo tanto, la distancia de los parques eólicos a la costa tendrá inevitablemente un impacto en los costos y, por esta razón, los operadores de parques eólicos deben desplegar equipos que se adapten a las condiciones climáticas adversas. Ahora se están celebrando conferencias completas que cubren específicamente el tema del diseño de buques de apoyo para parques eólicos marinos.

Actualmente, los principales proveedores de embarcaciones de instalación de turbinas y cimientos incluyen A2Sea, MPI Offshore, Scaldis Salvage, Seajacks International, Jack-Up Barge, Ballast Nedam, BARD, GeoSea, International Marine Construction y Seaway Heavy Lifting. La mayoría de estas empresas tienen su sede en el Reino Unido o en los Países Bajos. Las empresas de instalación de cables submarinos incluyen Global Marine Systems, MPI Offshore, Nexans, NKT, Prysmian, Mika, Offshore Marine Management, Peter Madsen Rederi, P&O Maritime Services, Technip (Subocean), Visser & Smit Marine Contracting (VSMC) y Stemat.

Ocean Surveyor [Fuente de la imagen: Servicio Geológico de Suecia, Flickr]

Buques de reconocimiento

Los buques de reconocimiento se utilizan para realizar estudios geográficos y climáticos antes de la construcción de un parque eólico marino. La gama de embarcaciones utilizadas para este propósito varía ampliamente, dependiendo de la profundidad del lecho marino y la distancia a la costa.

Buques de tendido de cables

El tendido de cables es una de las primeras tareas a completar durante la instalación de un parque eólico marino. Los buques de tendido de cables están especialmente diseñados para tender cables submarinos que transportan la electricidad generada desde el parque eólico hasta la costa. 4C Offshore mantiene una base de datos completa de tales embarcaciones y pueden tomar muchas formas. Por ejemplo, la embarcación Van Oords Nexus es un nuevo diseño con un área de cubierta extensa que se puede personalizar para transportar equipos dedicados para el tendido de cables. Tiene una grúa principal con una capacidad de elevación de 100 toneladas a un alcance de 15 metros y un polipasto auxiliar con una capacidad de elevación de 10 toneladas a un alcance de 34 metros. El barco también puede proporcionar alojamiento para 90 personas.

La característica estándar de estos recipientes es el plato giratorio o carrusel que almacena el cable sin riesgo de flexión excesiva. También tiene poleas de guía de cables y dispositivos de instalación, incluidos los vehículos operados a distancia (ROV) que se utilizan para abrir zanjas. Este es uno de los trabajos más importantes que implica el corte de zanjas de 3 metros de profundidad en el lecho marino para la interconexión de cables eléctricos. Es uno de los roles más desafiantes del sector con hasta el 80 por ciento de las reclamaciones de seguros por cables dañados durante la instalación.

Estos barcos también tienen sistemas de posicionamiento dinámico (DP) para mantenerlos en su lugar incluso en las condiciones climáticas más adversas.

Recipientes de instalación

Estos buques pueden adoptar una variedad de formas y, a menudo, incluyen una gama de buques polivalentes que no son ideales para la tarea, debido a su uso en otros sectores. Esto significa que solo se contratan por un período corto de tiempo. Estos buques polivalentes (MPV) incluyen barcazas autopropulsadas que son plataformas no autopropulsadas que pueden elevarse por sí mismas sobre la superficie del mar sobre patas que descansan sobre el fondo marino. Dichos buques brindan estabilidad en condiciones climáticas adversas, pero son lentos y requieren barcos de apoyo para remolcarlos al sitio. Los barcos autoelevadores operan de manera similar, excepto que tienen sistemas de autopropulsión, aunque todavía están limitados por la profundidad del agua y su función polivalente.

Los buques grúa se basan en grandes grúas montadas en pedestal que niegan el uso del buque para cualquier otra función, como transportar equipos, además de limitar su velocidad.

Un barco grúa en el puerto de Rotterdam. [Fuente de imagen:Frans Berkelaar, Flickr]

Más recientemente, la construcción de parques eólicos marinos ha implicado el uso de un buque de instalación de aerogeneradores especializado (WTIV), una clase de buque completamente nueva que solo ha comenzado a aparecer en el sector en los últimos años, reemplazando a los buques grúa prestados de el sector de petróleo y gas. Estos buques generalmente tienen un casco rectangular plano para acomodar un área de carga extensa y una grúa grande. Esto tiende a aumentar el consumo de combustible y electricidad dada una velocidad máxima de 10 a 12 nudos desde la base de la costa hasta el sitio de construcción. Se utilizan hélices de timón eléctricas (propulsores) o hélices Voith-Schneider para controlar la propulsión y el posicionamiento, y el barco debe permanecer estable en su posición mientras se despliegan 4-6 patas elevadoras para que el barco se mantenga firme en el lecho marino. Los ingenieros de instalación se alojan en una estructura de varios pisos en la proa con una plataforma de aterrizaje para helicópteros en la parte superior.

Los dos primeros WTIV desplegados en el sector fueron Poder del mar y Resolución MPI. Ambos siguen en servicio después de diez años. Poder del mar es un carguero convertido pero Resolución MPI fue construido especialmente para el trabajo en 2003 y, por lo tanto, es el primer WTIV verdadero. De 2003 a 2009, la industria tendió a utilizar barcos fletados en el sector del petróleo y el gas, y la construcción especializada de WTIV comenzó a partir de entonces. Un total de 25 WTIV entraron en servicio de 2009 a 2014 con 7 barcos disponibles en 2012. El sector WTIV está ahora involucrado en un proceso de modificación, ya que está quedando claro que las demandas sobre ellos están aumentando. Fred Olsen lanzará los barcos gemelos Charrán negrita y Charrán valiente dentro de poco. Estos dos barcos tienen patas elevadoras que se han extendido 14 metros mientras que la grúa se ha extendido 10 metros. Se han construido especialmente para la Ronda 3 de construcción de parques eólicos marinos del Reino Unido.

Cuando los WTIV no están disponibles, los desarrolladores a menudo ponen en juego buques grúa de carga pesada (HLCV). Estos se construyeron originalmente para otros fines, pero son adecuados para la construcción de parques eólicos. Por ejemplo, el Svanen fue construido originalmente para instalar un gran puente. Puede levantar una carga de 8.700 toneladas y su tarifa de alquiler es bastante económica, ya que rara vez hace otra cosa en estos días. Thialf tiene una capacidad de grúa de 12.000 toneladas y es uno de los buques grúa más grandes del mundo. Sin embargo, rara vez se implementa en el sector eólico marino porque es muy costoso alquilarlo.

Un buque grúa con patas estabilizadas es una versión más liviana de un autoelevador y solo es realmente adecuado para la instalación de turbinas más pequeñas de 2 MW en aguas poco profundas. Se están volviendo cada vez más raros en el sector a medida que los parques eólicos se alejan de la costa.

Están entrando en el sector nuevos buques diseñados específicamente para operar en mares agitados, como el servidor eólico desarrollado por el proveedor danés de servicios en alta mar DBB Jack-up Services. Esto podrá funcionar a una altura de ola de 2,0 a 2,5 metros, mientras que la norma para la mayoría de las otras embarcaciones es de 1,5 metros. Esto, a su vez, permitirá que la embarcación opere alrededor de 320 días al año en lugar de 200, lo que a su vez generará importantes reducciones de costos.

Buques de transferencia de tripulación

Los buques de transferencia de tripulación (CTV) pueden viajar a una velocidad de 25 a 30 nudos y se utilizan principalmente para operaciones y operaciones de mantenimiento. En los primeros días del sector, se utilizaban embarcaciones como barcos de pesca y barcos de inspección para transportar técnicos a sitios eólicos marinos, pero con el crecimiento del sector, el mercado de transferencia de tripulaciones ha evolucionado de manera constante.

El sitio Alpha Ventus de Alemania cuenta con el apoyo de barcos en primavera y verano y helicópteros en invierno. Las regulaciones que rigen el sitio impiden que se realicen viajes cuando la altura de las olas es superior a 1,5 metros, pero los helicópteros pueden usarse incluso con vientos relativamente fuertes, aunque su uso puede verse restringido por la mala visibilidad. Los helicópteros pueden transportar normalmente a tres técnicos más su equipo a una velocidad máxima de 245 km / h, en comparación con los 45 km / h de los CTV. Además del traslado de la tripulación, los helicópteros se utilizan para operaciones de rescate y apoyo médico. En aguas alemanas también juegan un papel activo en la fase de construcción. Cuando se estaba construyendo Meerwind, Siemens Wind Power logró reducir el tiempo de transporte en un 80 por ciento para el transporte de técnicos, además de evitar mareos. También se utilizaron helicópteros durante la fase de construcción de Borkum Riffgrund y Nordsee Ost.

Los botes de trabajo son un método probado y comprobado para obtener acceso a sitios eólicos marinos, y los helicópteros no lo son tanto. Las embarcaciones son relativamente económicas y pueden transportar una gran cantidad de técnicos, pero sus tiempos de respuesta y su capacidad para acceder a los sitios están limitados por las condiciones climáticas. Los helicópteros son costosos y solo pueden transportar un pequeño número de técnicos, pero pueden responder rápidamente y su desempeño no se ve afectado por el estado del mar. Se han utilizado durante años en el sector del petróleo y el gas, pero son nuevos en la energía eólica marina. Por este motivo, existe cierta incertidumbre sobre su potencial utilidad en el sector. Los dos modos pueden ser complementarios, con botes de trabajo que se utilizan para el mantenimiento preventivo programado cuando no hay riesgos para las turbinas y helicópteros para situaciones más urgentes y un mantenimiento correcto en el que el tiempo de respuesta es fundamental para reducir el tiempo de inactividad de la turbina.

Muchas empresas operan catamaranes que tienen ventajas de velocidad y peso sobre otros tipos de embarcaciones. La mayoría de los catamaranes están hechos de aluminio, ya que es menos costoso que los materiales compuestos. Sin embargo, los materiales compuestos son más livianos y eso permite que la embarcación transporte una mayor carga útil, lo que a su vez reduce los costos operativos. Uno de los últimos diseños en el mercado es EVOC22 (catamarán offshore versátil y eficiente, de 22 metros de longitud) desarrollado por CTruk, con sede en Essex, en el sureste de Inglaterra. La embarcación tiene una manga de 7,6 metros, un calado de 1,25 metros e incorpora una timonera móvil y un sistema de plataforma de cubierta flexible que permite que la embarcación pase de transportar hasta 12 técnicos a proporcionar 72 metros cuadrados de espacio en la cubierta para el equipo. El buque está propulsado por dos motores diésel turboalimentados de 800 CV y ​​transporta 24.000 litros de combustible.

Las embarcaciones de doble casco (SWATH) para áreas de plantas acuáticas pequeñas son catamaranes con una sección transversal de casco reducida en la superficie del mar, donde la energía de las olas es más poderosa. Esto le da a la embarcación una estabilidad adicional, especialmente a altas velocidades. Sin embargo, las embarcaciones SWATH son caras y tienen mayores requisitos de mantenimiento.

Buques de alojamiento

Es probable que estos buques se desplieguen cada vez más a medida que los parques eólicos se vuelven más complejos y se mueven más mar adentro. Los transbordadores de crucero convertidos se utilizan junto con los transbordadores de carga y descarga. Por lo general, estos barcos pueden acomodar hasta 100 personas y pueden incluir salas de conferencias y reuniones, algunos de los barcos más grandes también tienen piscinas a bordo y áreas de descanso a bordo.

DONG Energy utiliza una plataforma de alojamiento en alta mar para su proyecto Horns Rev 2 en Dinamarca. La plataforma tiene capacidad para 24 personas y permite el acceso al transformador del parque eólico a través de una pasarela. La plataforma de transformadores en Global Tech 1 tiene alojamiento para 34 empleados de operaciones, así como una grúa, una plataforma de aterrizaje para helicópteros y repuestos en contenedores.

Varios proyectos del Reino Unido han utilizado transbordadores convertidos como alojamiento flotante. Estos están anclados cerca del parque eólico, lo que reduce el tiempo de transferencia de los CTV y también su consumo de combustible y aumenta la productividad.

Ver el vídeo: Parque eólico marino de Gemini (Octubre 2020).