Eólica flotante y acuicultura

La energía eólica marina ha sido ampliamente reconocida por su importante papel en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y la satisfacción de la creciente demanda de energía. Actualmente, casi todas las turbinas eólicas marinas del mundo son estructuras fijas al fondo marino. A medida que aumenta la profundidad del agua, la dificultad de construcción y el costo de la turbina eólica marina de cimentación fija aumentan rápidamente. Se ha demostrado que las estructuras tradicionales, como el monopile, jacket, tripod, etc., no serían la mejor opción para la profundidad del agua más allá de 50 m debido a los a los aspectos económicos asociados. Por lo tanto, el concepto de cimentación flotante se presenta como una opción alternativa para turbinas eólicas marinas en aguas profundas.

El concepto de turbinas eólicas marinas flotantes (FOWT) fue propuesto por Heronemus en 1972. Sin embargo, fue solo a mediados de la década de 1990 que la FOWT comenzó a convertirse en un concepto generalizado. Desde entonces, se han desarrollado varias configuraciones de plataforma de soporte flotante para turbinas eólicas marinas y el rendimiento de estos conceptos se ha probado mediante métodos experimentales y numéricos. En cuanto a los principios flotantes para lograr la estabilidad estática, los FOWT se pueden clasificar en tres categorías: spar, semisumergible y TLP. El concepto Hywind desarrollado por Statoil (Actualmente Equinor) es una estructura del tipo spar. No solo se ha estudiado numéricamente, sino también mediante el uso experimental de modelos a escala y una prueba de prototipo de largo plazo. Debido a la excelente estabilidad de la spar y después de los estudios teóricos continuos y el monitoreo del sitio, el concepto Hywind finalmente se comercializo en 2017, convirtiéndose en el primer parque eólico flotante del mundo: Hywind Scotland.

La estructura semisumergible es otro concepto versátil para FOWTs. Se basa en grandes columnas unidas por tirantes o pontones y un sistema de lastre para mantener la estabilidad. Este concepto de plataforma propuesto por Roddier se conoce como WindFloat. Esta formada por tres columnas con placas estabilizadoras de agua al final de cada columna para mitigar los movimientos. La torre de la turbina eólica se coloca directamente sobre una de las columnas estabilizadas. Principle Power construyó un prototipo de 2 MW utilizando este concepto en Portugal en 2011. Actualmente, el proyecto Windfloat Atlantic pretende instalar 3 plataformas de con turbinas de 8 MW en aguas portuguesas.

La plataforma TLP, aunque se ha utilizado en la industria de petróleo y gas en alta mar por años, tiene las desventajas de una instalación de amarre más resistente y un mayor costo de operación marina en comparación con los conceptos de spar y semisumergibles. El progreso de la comercialización de TLP-FOWT es relativamente tenue. No obstante, en 2009, GICON y sus socios declararon que han desarrollado un concepto mejorado de TLP de fabricación e instalación GICON®-SOF para reducir drásticamente los costes nivelados de energía (LCOE). A diferencia de los conceptos convencionales de TLP con solo tendones verticales para restringir los movimientos de levantamiento, GICON®-SOF es único para las líneas de amarre adicionales en ángulo que limitan el movimiento horizontal de la plataforma así como la góndola en su totalidad.

En el diseño de FOWT, la seguridad y la economía son dos consideraciones más importantes. La excelente estabilidad y el buen rendimiento hidrodinámico son esenciales como requisitos de seguridad en las condiciones operativas y de supervivencia en alta mar. Esto explica por qué entre los conceptos FOWT mencionados anteriormente, solo el concepto Hywind se ha comercializado. Además, se han tomado medidas para reducir el costo de FOWT, incluida la reducción de la cantidad de uso de acero, el uso de nuevos materiales y la mayor eficiencia de transporte e instalación.

Aun así, el ingreso anual solo de la generación de energía es aún mucho menor que la inversión total del parque eólico flotante. Para un FOWT, el período de recuperación de la inversión es de más de diez años. Sin embargo, para la acuicultura, el beneficio es mucho mayor que la generación de energía eléctrica en alta mar. Durante casi dos décadas, las jaulas para peces hechas de polietileno de alta densidad (HDPE) han dominado las pesquerías de lagos, costas y fiordos, no solo por su peso liviano y buena estabilidad, pero también por los bajos costos de fabricación, remolque, limpieza de redes y captura de peces. Pero, en condiciones de mar severo como los tifones en el Mar de China Meridional, el HDPE de una jaula para peces difícilmente podría sobrevivir. Su aplicación a la acuicultura en alta mar se limita principalmente a áreas de condiciones oceánicas bajas y moderadas.

No obstante en los últimos años gran numero de conceptos relacionados con integrar plataformas para la eólica marina con las jaulas para peces han cobrado una gran importancia. Los planes para la expansión masiva de los parques eólicos en las zonas costeras desencadenaron la idea de una combinación de aerogeneradores con instalaciones para la acuicultura. Los parques eólicos marinos proporcionan un área de tamaño adecuado libre de tráfico marítimo, ya que la mayoría de los parques eólicos marinos están diseñados como áreas de acceso restringido debido a las preocupaciones asociados a los diferentes niveles de riesgo. Al mismo tiempo, la infraestructura para el soporte de servicio es simple, y por lo tanto, dichos lugares brindan una oportunidad ideal para diseñar e implementar un concepto de uso múltiple. Sin embargo, a diferencia de las áreas costeras donde las playas y sus zonas adyacentes cerca de la costa actúan como amortiguadores para absorber la energía de las olas, las regiones costa afuera son entornos de alta energía, totalmente expuestos a las olas, el clima y las corrientes. Numerosos estudios han demostrado que las olas pueden alcanzar alturas notables. En este contexto, la sólida estructura de cimentación de las turbinas eólicas proporciona soporte para anclar dispositivos de cultivo que pueden soportar las duras condiciones oceánicas. Además, las estructuras offshore son bien conocidas por su función como arrecifes artificiales, lo que apoya la biodiversidad en el ecosistema. La calidad del agua en alta mar, que es un problema importante en los procesos acuícolas, se considera excelente en comparación con las áreas costeras.

Finalmente, el uso multifuncional de las localizaciones costa afuera reduce los conflictos entre con las actividades se concentran y se gestionan conjuntamente dentro de las llamadas áreas marinas de uso múltiple. Esto, a su vez, aumenta la cantidad de territorio oceánico abierto libre de ser utilizado por el hombre. Todas las cuestiones anteriores se consideran incentivos clave para mezclar la eólica marina con operaciones de acuicultura.

Sería ventajoso para el desarrollo global de la acuicultura en alta mar planear una combinación de usos.

Mientras que los turbinas de viento utilizan el viento sobre la superficie para producir energía, sus estructuras ofrecen la posibilidad de conectar sistemas utilizados en acuicultura. La combinación de las dos industrias respectivas tienen que hacer frente a las fuerzas generadas por el entorno de alta energía.

Desde el año 2000, cuando se propuso la utilización conjunta de parques eólicos para el cultivo offshore en el mar, se han realizado varios estudios para dilucidar el potencial y las limitaciones de esta alternativa en el mar para la acuicultura extensiva. Dos estudios pioneros, el proyecto Roter Sand y la acuicultura en alta mar, fueron realizados entre 2002 y 2004 por el Instituto Alfred Wegener para la Investigación Polar y Marina, Bremerhaven, Alemania. Estos dos proyectos siguieron un enfoque complejo para obtener datos sobre candidatos indígenas adecuados para el cultivo en alta mar, los requisitos técnicos de los sistemas de palangre para el cultivo de mejillones u ostras y sistemas de cultivo de algas. Información sobre la viabilidad de la producción de semillas y mejillones en alta mar en relación con las larvas, se proporcionaron nutrientes y concentraciones de fitoplancton y se enumeraron las leyes y regulaciones existentes en Alemania sobre la acuicultura marina. Además, se identificaron todas las partes interesadas potencialmente involucradas en el uso multifuncional de los parques eólicos marinos para la acuicultura. Este exitoso enfoque multifacético ayudó a dispersar muchas preocupaciones y dudas sobre la idea offshore e inició una secuencia y relaciones entre varios proyectos siguientes. Desde entonces el enfoque de eólica marina y acuicultura ha sido estudiado en diferentes proyectos en países como EE.UU y Japón. 

Otros estudios como el proyecto TROPOS ha analizado la combinación de la acuicultura y la eólica flotante. En este caso se planteó el uso de una plataforma semisumergible con dos turbinas (la plataforma de Enerocean, W2power) la cual acopla una jaula para peces en su parte central.