Composites en energía eólica: Actuales retos y desarrollos
Uno de los grandes retos a los que se enfrenta la sociedad del futuro y que recogen los ODS de las Naciones Unidas con el número 7 es la generación de una energía segura, eficiente y limpia. En este sentido, la eólica es una de las energías renovables que mayor potencial de crecimiento está experimentando. Sin embargo, para que esta tendencia siga en crecimiento es necesario que se reduzca el coste de producción de kW/h de los aerogeneradores.
Las dos principales vías para que esto se produzca son
- La instalación de aerogeneradores de mayor tamaño
- El aumento de la durabilidad de estos
Los componentes más importantes de los aerogeneradores son las palas, las cuales están sujetas a una carga cíclica compleja. Para resistir estas cargas durante su vida útil (calculada en unos 25 años) y durante cientos de millones de ciclos, así como para reducir el peso del conjunto, las palas están construidas mayoritariamente por composite de epoxi reforzado con fibra de vidrio E, y fabricadas mediante infusión.
Si bien es una solución satisfactoria, se están realizando grandes esfuerzos en el desarrollo de nuevas soluciones en composite que se traduzcan en mejores propiedades mecánicas, mayor resistencia al desgaste, procesos más rápidos y económicos, y materiales más ecológicos y reciclables.
Líneas de desarrollo:
Una importante línea es el desarrollo de resinas epoxi de baja viscosidad que permitan la fabricación de palas mediante deposición automática de fibras y posterior VARTM, permitiendo una disminución de defectos y una mayor automatización. Continuando con la matriz, otro campo de trabajo es el uso de matrices termoplásticas, dotando al componente de reciclabilidad tras su vida útil.
Otra línea importante es la introducción de nuevos tipos de fibras en el sector eólico, incluyendo el carbono, el basalto, la aramida o las fibras naturales. Las fibras de carbono aseguran una mayor rigidez y una disminución del peso de las palas, aunque implican unos mayores costes y una menor resistencia a la compresión. Teniendo en cuenta esto, se ha planteado la combinación de fibras de carbono y de vidrio E como una solución prometedora.
Por último, hay que destacar que la resistencia y la durabilidad de las palas eólicas están controladas por procesos de daños a nivel micrométrico en las fibras, en la interfaz fibra/matriz y entre capas. Se ha demostrado que composites modificados con nanotecnología en la matriz o en el ensimaje mejoran las propiedades de los materiales a nivel micro, logrando un aumento de hasta el 80% en la resistencia a fractura y en la vida útil respecto a su versión sin modificar.
Proyectos desarrollados:
En AIMPLAS, llevamos a cabo diversos proyectos de I+D relacionados con esta temática con el objetivo de contribuir a la mejora del sector de la energía eólica y a la reducción del coste de producción de kW/h de los aerogeneradores. Dos de estos proyectos son EOLO+ y FLOTANT.
El proyecto EOLO+ tiene como objetivo el desarrollo de tecnologías que permitan mejorar la resistencia a la erosión y que disminuyan el peso de las palas. EOLO+, con nº de expediente RTC-2017-6341-3, ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades bajo el programa Retos Colaboración. Esta ayuda está cofinanciada por la Unión Europea a través de los fondos FEDER.
Por otra parte, el proyecto FLOTANT tiene como objetivo desarrollar la ingeniería conceptual y básica, incluyendo los sistemas de amarre, anclaje y exportación de energía, de una estructura flotante híbrida de bajo coste, fabricada en hormigón y plástico, e implementada para parques eólicos de aguas profundas (de 100 a 600 m). FLOTANT ha recibido financiación del programa europeo de investigación e innovación H2020 bajo el acuerdo de subvención número 815289.
Blai López Rius
Investigador en Construcción y Energías Renovables y experto en Composites en AIMPLAS