domingo, 11 de octubre de 2015

Energía Eólica Marina. Buques Instaladores de Turbinas Eólicas en el Mar. (II)

Los buques instaladores de turbinas eólicas, (Turbine Installation Vessels TIV), utilizan su amplia cubierta para trasladar los componentes necesarios para la instalación de turbinas eólicas en su ubicación en el mar. Una vez situados en la zona de trabajo, con su posición fija gracias a sus sistemas de posicionamiento dinámico, sus grandes patas los fijan al fondo y los elevan sobre el nivel del mar para que, con ayuda de sus grúas de gran capacidad de elevación, coloquen las bases, góndolas o palas de las turbinas eólicas marinas.
Vindeby, Dinamarca, en 1991
Para la instalación de las turbinas del primer parque eólico marino de la historia, instalado en Vindeby, Dinamarca, en 1991, se utilizaron una barcaza y una grúa flotante.
Buques instaladores de turbinas eólicas marinas
De esta forma se operó durante muchos años, pero el auge de la energía eólica marina de los últimos años dio lugar a un nuevo tipo de buque, los TIV o buques instaladores de turbinas eólicas, de los cuales el primero fue el Mayflower Resolution de la MPI Offshore, construido en los astilleros Shanhaiguan Shipyard en 2003 según el diseño de los daneses Knud E Hansen.

Buques instaladores de turbinas eólicas marinas
Una de las consecuencias de los aerogeneradores gigantes es que el equipamiento para instalarlos también debe aumentar su tamaño de manera considerable. En el año 2010, la compañía Swire Pacific Offshore, con sede en Singapur, encargó a los astilleros surcoreanos de Samsung Heavy Industries la construcción de dos buques autoelevables para su uso en la construcción de parques eólicos marinos, el Pacific Orca y su gemelo, el Pacific Osprey siguiendo el diseño de la ingeniería danesa Knud E Hansen cuyas características son:

                  Eslora total: 160,90 metros
                  Eslora entre perpendiculares: 155,60 metros
                  Manga: 49,00 metros
                  Puntal a la cubierta principal: 10,40 metros
                  Calado: 5,50 metros; máximo: 6,00 metros
                  Peso muerto: 8.400 toneladas
                  Velocidad máxima: 13 nudos
Buques instaladores de turbinas eólicas marinas
Disponen de una cubierta de 4.000 metros cuadrados con capacidad de carga de 15 T/m²  que le permite transportar e instalar 12 turbinas eólicas de 3,6 MW cada una.

Pero este barco puede transportar turbinas aún más grandes, incluso de más de 5 y 6 MW y cuyas paletas midan 75 m de longitud. Incluso podrá transportar las turbinas de 10 MW que la industria prevé construir hacia el año 2020.
 

Toda la energía que necesitan para sus sistemas y su propulsión se genera en una planta diésel eléctrica compuesta por 8 generadores de 2,8 MW cada uno, para un total de 22,4 MW. De aquí sale la electricidad que alimenta los cuatro propulsores azimutales de popa que impulsan el buque, de 3,4 MW de potencia cada uno, y que junto a los dos propulsores azimutales retráctiles de proa (2,2 MW cada uno) y los dos propulsores en túnel de proa (2,2 MW cada uno) forman el sistema de posicionamiento dinámico DP-2, que asegura que el buque se mantenga en posición en todo momento.
 

La clave del funcionamiento son sus seis patas de 105 metros de largo cada una que se fijan en el fondo marino
(hasta 61 mt de profundidad) y levantan el buque hasta 17 metros de altura sobre al agua a una velocidad de 1,2 metros por minuto, convirtiendo a el buque en una plataforma estable y segura para el trabajo con vientos superiores a los 60 km/h y con olas de 2,5 mts.
Buques instaladores de turbinas eólicas marinas
Una vez en posición sus dos grandes grúas, la principal con una capacidad de elevación de 1.200 toneladas a una distancia máxima de 31 metros, y una auxiliar de 35 toneladas de capacidad de elevación a una distancia de 30 metros, se encargan de elevar y colocar las piezas de las turbinas eólicas.
Cuando el buque se entregó en julio de 2012 marcó un hito en la industria en cuanto a velocidad, capacidad de izado, posicionamiento y velocidad de elevación, con capacidad para instalar turbinas eólicas de hasta 10 MW de potencia en aguas de 60 metros de profundidad.

En el siguiente enlace se puede leer la primera parte sobre este tema:

http://www.maquinasdebarcos.blogspot.com.ar/2015/10/energia-eolica-marina-buques.html


Energía Eólica Marina. Buques Instaladores de Turbinas Eólicas en el Mar. (I)

La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de energía, como por ejemplo, producir electricidad mediante aerogeneradores conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica.

La energía eólica, generada por efecto de las corrientes de aire, se trata de un tipo de energía renovable y limpia carente de emisiones atmosféricas y residuos contaminantes. Es un recurso abundante, renovable y limpio que ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de energía a base de combustibles fósiles. El impacto ambiental de este tipo de energía es además, generalmente, menos problemático que el de otras fuentes de energía.

Un aerogenerador es una máquina que transforma la energía del viento en energía eléctrica aprovechable mediante unas aspas oblicuas unidas a un eje común. En los mismos, el viento mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador (normalmente un alternador), que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

La posibilidad de construir parques eólicos en alta mar, donde la fuerza del viento es superior y más constante aunque supone mayores costes debido a sus características en instalación y mantenimiento, han ido ganando terreno en la última década gracias a su alta tasa de productividad que posibilita la viabilidad económica de este tipo de proyectos.


La diferente distribución de los costos se puede apreciar en la figura siguiente:

parques eólicos en alta mar

Sobre el papel, los parques eólicos marinos tienen muchos puntos positivos. Los recursos eólicos en el mar son mejores y más constantes, los molinos no tienen límites físicos, ni de altura ni de peso. Sólo con que la velocidad del viento sea un 25% mayor en el mar que en tierra, ya produce el doble de energía.

Las dificultades provienen por tanto de la instalación y mantenimiento de las máquinas y no tanto de los aerogeneradores en sí. En los parques eólicos marinos, se colocan máquinas más grandes y potentes para aprovechar al máximo el recurso eólico pero como el ambiente marino es muy agresivo los molinos necesitan tratamientos específicos anticorrosión, ventilación y sistemas de aislamientos especiales para resistir el ambiente salado.

El principal problema aparece cuando hay que fijar la enorme estructura al suelo marino, bajo las olas. La cimentación bajo el nivel del mar es complicada y la dificultad va creciendo exponencialmente con la profundidad.

El tipo de cimentación se elige por la profundidad, por el tipo de terreno y por el tipo de máquina. Se utilizan tres tipos de cimentación.

La más sencilla es la que se instala a unos 10 metros de profundidad, el monopilote, un cilindro que se clava en el fondo del mar y sustenta la torre. La parte enterrada suma unos 20 ó 30 metros a la torre.

Energía Eólica Marina

Entre 10 y 30 metros de profundidad, el sistema de cimentación elegido suele ser el de gravedad, que supone que la torre se sustenta sobre una plataforma anclada al suelo.

A partir de los 30 metros, todo se complica mucho más y los instaladores suelen utilizar una base que llaman de trípode o de celosía, porque implica añadir tres o cuatro patas a la torre para que esté más segura. La profundidad mayor a la que hay montado un parque ahora mismo es a 45 metros.

El problema no termina una vez completado el montaje. Hay que conectarlo a tierra a través de una conexión de cable submarina. La potencia eléctrica se unifica con una subestación eléctrica que se coloca en la instalación.

El próximo POST lo dedicaré a los barcos utilizados para la instalación de las turbinas.




sábado, 8 de agosto de 2015

Amper, el primer barco con propulsión totalmente eléctrica

En Noruega, ya navega el primer ferry de carga rodada y pasajeros, alimentado por baterías de iones de litio.

Ampere, el primer barco con propulsión completamente eléctrica, ha recibido el premio en la categoría Clean Shipping de Seatrade 2015, celebrado en Londres.

Se trata de un ferry catamarán diseñado y construido por el astillero Fjellstrand y clasificado por DNV (ha obtenido la clasificación de DNV 1A1 LC R4 -nor- Car Ferry C Battery Power).

Siemens ha sido la empresa encargada de instalar el sistema de propulsión eléctrico y acondicionar las estaciones con baterías de iones de litio que se cargan con energía hidráulica.

El buque es uno de los tres ferries operados por Norled y está capacitado para transportar 120 coches y 360 pasajeros a través del fiordo Sognefjord, entre las poblaciones de Lavik y Oppedal, en Noruega.


Amper el primer barco con propulsión totalmente eléctrica
Su innovación no está sólo en su sistema de propulsión sino en el diseño de su casco altamente eficiente de 80 m de eslora y construido en aluminio ligero. De esta manera, el buque pesa la mitad que un transbordador convencional, a pesar de las baterías de diez toneladas y de su capacidad de carga. El casco de aluminio también tiene el doble de vida útil que uno de acero, lo cual reduce los costes de mantenimiento.

Sistema de propulsión

A bordo del buque, Siemens ha instalado su sistema de propulsión eléctrica BlueDrive PlusC que incluye una batería y un sistema de gobierno, el control de propulsión de las hélices, un sistema de gestión de la energía y una alarma integrada.
 
El control del buque es otro elemento clave del sistema. Todos los sistemas principales y sub-sistemas están conectados en forma holística a un sistema integrado para controlar el apoyo para la toma de decisiones. Los productos y sistemas de Siemens se desarrollan y diseñan para garantizar una óptima interface entre todos los componentes, de modo de reducir los costos de inversión e ingeniería. La menor cantidad de cableado a bordo también representa un elemento integral.

La combinación del casco de aluminio y el sistema de propulsión de 2 hélices azimutales de 450 kW y dos motores eléctricos de 450 kW se traduce en la optimización del buque para conseguir mayor eficiencia energética, ofreciendo al mismo tiempo buenas características de maniobrabilidad.

La batería de polímero de litio de 1 MWh que lleva el buque puede ser recargada en 10 minutos. Dado que la red energética de la región es relativamente débil, Siemens y Norled optaron por instalar tres conjuntos de baterías: una a bordo del ferry y una en cada muelle, para ser utilizadas como buffer. Las unidades – de 260-kWh- proveen electricidad al transbordador mientras espera. Luego, la batería recupera lentamente su carga desde la red, hasta que el barco regresa para desembarcar y embarcar pasajeros y recargar baterías.

Con la utilización de esta tecnología, el “Ampere” consumirá alrededor de dos millones de kWh por año, mientras que un ferry diesel tradicional consume por lo menos un millón de litros de gasoil en el mismo período (además de emitir 570 toneladas de CO2 y 15 m3 de óxidos de nitrógeno), permitiendo al armador Norled reducir el gasto en combustible en un 60%.

En el siguiente video puede observar información complementaria


martes, 9 de junio de 2015

El Motor Wärtsilä 31 4-tiempos, un gran paso adelante en eficiencia

Wärtsilä ha lanzado al mercado un nuevo motor de velocidad media de 4 tiempos, con la tecnología más avanzada, que reduce significativamente las necesidades de mantenimiento,  aumenta la eficiencia, la flexibilidad en el uso de combustibles y la optimización operativa hasta unos niveles totalmente nuevos que están mucho más allá de cualquier otra opción disponible actualmente.

El Motor Wärtsilä 31 4-tiempos
Se puede disponer en tres versiones: Diesel, Dual Fuel (DF) y Gas (SG) y en configuraciones de 8, 10, 12, 14 y 16 cilindros en V. La tecnología permite que el motor pueda funcionar con gas natural, fuel-oil ligero (LFO) o combustible pesado (HFO), entregando la misma potencia, independientemente del combustible utilizado.

El cambio entre combustibles se puede efectuar durante el funcionamiento sin problemas, sin pérdida de potencia o velocidad. Esto garantiza la seguridad de la instalación y la operatividad continua.

Los motores duales o “Dual Fuel” (DF), son motores que pueden funcionar tanto con gas como con combustible líquido. Cuando se opera con gas, los motores utilizan un proceso de combustión en ciclo Otto de mezcla pobre. El gas a baja presión se mezcla con aire antes de las válvulas de admisión y la mezcla de aire-gas se enciende mediante la inyección de una pequeña cantidad de combustible piloto líquido.

ciclo Otto

Si se interrumpe el suministro de gas a cualquier nivel de carga, el motor pasa inmediata y automáticamente a funcionar con combustible líquido. Al operar con combustible líquido, los motores DF utilizan el ciclo Diesel convencional.

ciclo Otto

Los motores Wärtsilä SG son motores de gas de ciclo Otto con encendido por bujía y mezcla pobre. El gas a baja presión se mezcla con el aire antes de las válvulas de admisión y durante la etapa de admisión. También se introduce gas en una pequeña precámara donde la mezcla es más rica que en el cilindro. Al final de la fase de compresión, la mezcla de gas y aire en la precámara es encendida por una bujía y las llamas que salen por la boquilla de la precámara producen la combustión de la mezcla aire-gas del cilindro.

Con la combustión de una mezcla pobre, las temperaturas máximas se reducen y se produce menos NOx. A medida que el gas se inyecta a través de la válvula de entrada, el aire y el combustible se mezclan antes de alcanzar la cámara de combustión. Esto significa que los niveles de NOx generados durante la combustión son insignificantes debido a que cada molécula de gas está rodeada por la cantidad óptima de aire.

ciclo Otto

Cuidado del Medio Ambiente
Utiliza los últimos avances en sistemas de inyección de combustible, sistemas de control y tecnologías de aire de combustión. Las evidentes ventajas medioambientales que permite el funcionamiento a gas son otro factor en el éxito de esta tecnología.
Cuando se opera en modo gas, las emisiones de óxido de nitrógeno (NOx) son al menos un 85 por ciento inferiores a las especificadas en la normativa vigente de la IMO, y las emisiones de CO2 son un 25 por ciento inferiores a las de un motor marino convencional funcionando con combustible diesel. Además, las emisiones de partículas y de óxido de azufre (SOx) son insignificantes rozando el cero por ciento.
Consumo de combustible
La capacidad multi-combustible amplía las posibilidades para que los operadores utilicen combustibles de distintas calidades, desde gasóleo muy ligero hasta fuelóleo muy pesado, así como una gama de diferentes calidades de gas. En su versión diesel su eficiencia consigue un consumo de combustible tan bajo como 165 g/kWh.
Mantenimiento
El amplio trabajo de desarrollo y el diseño modular han hecho posible aumentar los componentes comunes entre los diferentes modelos, lo que permite a este motor satisfacer los requisitos de los más complejos proyectos. Además, se pueden simplificar los procedimientos de mantenimiento mientras que se pueden minimizar los costes y plazos de posibles conversiones.
Los notables aumentos en la eficiencia y flexibilidad en el uso de combustibles son igualados por reducciones significativas en los costes de mantenimiento. Por ejemplo, el primer mantenimiento solamente se requiere después de 8000 horas de funcionamiento, mientras que la alternativa con motores marinos estándar requieren de un mantenimiento tras 2000 horas de funcionamiento.
Utilización en buques
Está diseñado para ser usado como motor principal en petroleros, graneleros y portacontenedores de tamaño pequeño y medio, que requieren de un motor propulsor en el rango de potencias de 4,2 a 9,8 MW.
En el sector offshore, es ideal para buques de apoyo a plataformas, AHTS (remolcador de suministro y manipulación de anclas), de perforación y semi-sumergibles, donde se necesita flexibilidad operativa, alta concentración de potencia, largos intervalos entre revisiones y altos niveles de seguridad.
En el sector de los cruceros y ferrys permite a los armadores y operadores reducir los gastos de combustible manteniendo unos altos estándares medioambientales. 


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