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La Administración Biden aprobó un ambicioso plan de $ 3 mil millones para expandir en gran medida la producción de parques eólicos estadounidenses. A través de incentivos de financiamiento y proyectos específicos, el Departamento del Interior espera acelerar rápidamente el movimiento de energía limpia. ¿Cómo podría afectar esta empresa al mercado de la ingeniería energética?

El estado de la energía eólica estadounidense

En su forma actual, Estados Unidos está jugando un juego de sostenibilidad para ponerse al día con sus contrapartes globales. Según el censo de 2019, hay casi 140 millones (si no más) de unidades de vivienda en todo el país. En consecuencia, las granjas estadounidenses en alta mar generan desproporcionadamente menos electricidad con un total de aproximadamente 42 MW. Las granjas europeas actualmente generan 25 GW en comparación, mientras que los equivalentes chinos producen alrededor de 9 GW.

El parque eólico de Block Island se instaló con éxito frente al costo de Rhode Island en 2016. Imagen utilizada por cortesía de Sea Grant Rhode Island

¿Por qué la disparidad hasta ahora? Aunque Estados Unidos casi iguala a Europa en superficie, cuenta con menos de la mitad de la población. Las empresas de energía se han apoderado de esa vasta superficie desocupada para parques eólicos interiores, plantas de carbón y plantas nucleares en un grado limitado.
Las energías renovables representaron solo el 20% del consumo de energía estadounidense en 2020, según la Administración de Información de Energía. Si bien la energía eólica constituye una parte significativa de eso, sigue siendo una gota en el cubo. La granja de Block Island de los estados también sigue siendo la única granja en alta mar en la actualidad. Por el contrario, el consumo de energías renovables en Europa llega al 38%.
Estados Unidos ahora está buscando 30 GW de producción para 2030.

Proyección de la capacidad de energía eólica marina de 2020 a 2030 en Europa, China y EE. UU. Imagen utilizada por cortesía de Alejandro de la Garza y ​​Time

Los sistemas de energía detrás de las turbinas eólicas

Las turbinas eólicas dependen de la electrónica de potencia interna. Estos son fundamentales para la producción, conversión y distribución de electricidad. ¿Qué necesitan exactamente estas turbinas?
Generadores de doble alimentación, que constan de un rotor bobinado, un generador de inducción y convertidores CA / CC / CA
Generadores síncronos
Cables entre turbinas
Electrónica de transformadores de subestación (en tierra y en alta mar)
Cables de transmisión con destino a tierra
Conexiones a redes eléctricas existentes (incluidos puntos de acoplamiento común)
Las subestaciones, en particular, cobrarán más importancia. Las granjas marinas están aumentando de tamaño mientras se desplazan hacia aguas abiertas. Esto requiere una vía de transmisión más larga. Los transformadores sustanciales funcionan para mitigar las pérdidas progresivas de voltaje mientras aumentan los voltajes a medida que las corrientes se acercan a la red. Los convertidores AC / DC y los circuitos de exportación también son integrales.
Estas estructuras también reducen los requisitos de cableado. En consecuencia, las granjas grandes pueden beneficiarse especialmente del uso de menos cables submarinos. También se reduce la posibilidad de degradación a largo plazo. Los ingenieros también deben considerar la profundidad del entierro, que determina la susceptibilidad de una turbina eólica a las embarcaciones y la presión del mar profundo. Menos cables significan menos puntos de falla.

Debido a que los parques eólicos marinos a menudo se construyen en aguas profundas, los desarrolladores deben considerar una serie de técnicas fundamentales. Imagen utilizada por cortesía del Departamento de Energía de EE. UU.

Los parques eólicos tradicionales pueden residir a más de 18 millas hacia el exterior, lo que dificulta el mantenimiento. Las turbinas eólicas flotantes son populares en Estados Unidos, extendiendo esa distancia mucho más. Los componentes electrónicos y los materiales deben ser lo suficientemente resistentes para soportar el uso repetido en condiciones climáticas dinámicas. Estas turbinas están preparadas para ofrecer potencia en las horas pico, es decir, durante el día, cuando los vientos costeros son más fuertes.

Desglose de la financiación para parques eólicos marinos

La Administración está decidida a hacer que el desarrollo eólico marino sea financieramente viable, ofreciendo un total de $ 3 mil millones en préstamos potenciales a socios de la industria de energías renovables. El Departamento de Energía distribuirá estos fondos según corresponda. Además, el gobierno federal destinará más de $ 230 millones a mejoras en los puertos marítimos, necesarias para la producción, ensamblaje y almacenamiento cercanos de nuevas turbinas eólicas.
Por último, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) invertirá $ 1 millón en estudios de impacto, evaluando así cómo las granjas impactan a las comunidades costeras.
La primera gran empresa del gobierno es establecer un territorio eólico marino, situado entre Long Island y Nueva Jersey. Si tiene éxito, el proyecto establecerá granjas cerca de los centros de población costeros, como la ciudad de Nueva York.

La energía eólica se ha convertido en una presencia mucho más significativa en el espacio de las energías renovables en los últimos 20 años. Imagen utilizada por cortesía de la Administración de Información de Energía de EE. UU.

El Consorcio Nacional de Investigación y Desarrollo de Energía Eólica Marina — una creación del Departamento de Energía y la Autoridad de Investigación y Desarrollo de Energía del Estado de Nueva York — contribuirá con $ 8 millones a 15 proyectos de desarrollo costa afuera.
Dejando a un lado la costa este, la oportunidad es enorme. Estados Unidos tiene 12,383 millas de costa y 88,633 millas de costa. Teóricamente, los éxitos iniciales podrían conducir a una inmensa expansión costa afuera.

Perspectivas de futuros trabajos de ingeniería

A medida que avanzan las tecnologías de turbinas, los ingenieros tendrán la responsabilidad de diseñar sistemas más fuertes y eficientes que manejen las demandas de una red eléctrica en evolución. Los investigadores deben considerar cómo la electrónica puede compensar diferentes voltajes de conexión y voltajes de distribución. Este proyecto puede dar lugar a intersecciones más prominentes entre la ciencia de los materiales y el diseño de circuitos.
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable afirma que EE. UU. Puede producir más de 2.000 GW de capacidad máxima en alta mar. Una operación de esa escala exige ejércitos de ingenieros, aunque los expertos pronostican una fracción de ese crecimiento en un futuro próximo.
La Casa Blanca indica que 44.000 trabajadores pueden tener funciones relacionadas con la energía eólica marina para 2030, con el apoyo de 33.000 trabajadores adicionales en las comunidades costeras.