Roles del puerto en la eólica marina

A medida que la industria de la eólica marina se desarrolla, las instalaciones portuarias desempeñarán una serie de funciones de apoyo. Como ciertos componentes de la turbina eólica, como palas, torres y góndolas son excesivamente grandes y pesados, se tiende a desarrollar instalaciones de fabricación frente al mar. Las estructuras de soporte también se fabricarán en lugares costeros debido a sus pesos y tamaños.

Los puertos de Operaciones y Mantenimiento (O&M) brindan atraque y soporte para embarcaciones más pequeñas que dan servicio a una granja marina durante sus operaciones. Normalmente se ubican lo más cerca posible del parque eólico para reducir el tiempo y los costos asociados con el tránsito a la ubicación.

Los puertos de instalación y transporte se usan para ensamblar material y equipos en una ubicación central antes de ser cargados en embarcaciones de instalación y transportados mar adentro.

Los componentes excepcionalmente grandes y pesados ​​de la turbina, la torre y la cimentación probablemente se enviarán al puerto de ensamblado por agua. El acceso ferroviario y de carreteras apoyará el movimiento de subcomponentes más pequeños. Los criterios y capacidades de una instalación exitosa y puertos de apoyo se desarrollan a continuación.

Instalación y operaciones

Los requisitos para los puertos de instalación de turbinas marinas están relacionados con los buques de instalación que hacen escala en el puerto y los componentes de la turbina que se mueven a través del puerto.

Existen pocos buques de instalación existentes o planificados en el mundo. Y las especificaciones de los futuros buques de instalación son difíciles de pronosticar.

Área de almacenaje y ensamblado: como la intención principal del puerto es recolectar, almacenar y preparar los componentes principales para la instalación en alta mar, la ubicación y el montaje de la zona es fundamental para las operaciones del puerto de transición. Hay dos roles principales del área de preparación. El primero es recibir y almacenar una cantidad suficiente de componentes en una ubicación centralizada. El segundo es preparar componentes de su condición de transporte/almacenamiento hasta el punto en que están listos para cargar en la embarcación de instalación. Se puede considerar que el área de almacenaje en tierra incluye áreas de almacenamiento y de pre montaje.

El área de almacenamiento debe ubicarse lo más cerca posible del atracadero. Debido a su tamaño y peso, mover los componentes de las turbinas marinas requieren un equipo especial, como grúas de elevación pesadas, remolques modulares autopropulsados u otras estrategias logísticas especializadas. Reducir la distancia de transporte reducirá los costos. Idealmente, las áreas de almacenamiento deberían localizarse adyacentes al muelle.

Los rotores de las turbinas eólicas en las turbinas de generación actual en alta mar tienen un diámetro de 100 a 120 m; palas individuales que pueden superar los 50 m. La última turbina de 8.0 MW propuesta por Vestas empleará un rotor de 164m de diámetro, de acuerdo con la tendencia de la industria a componentes más grandes. Una vez montadas, las torres de la turbina, que normalmente llegan al puerto de etapas en dos o tres secciones, pueden tener hasta 90 m de altura.

El tamaño del área de almacenamiento depende de la cantidad y el tipo de componentes almacenados. Se deben tener en cuenta la tasa y el tiempo de los componentes del año, la velocidad y la época del año en que se implementan, la estrategia de almacenamiento y el potencial de demora.

Con base en las capacidades de los buques de instalación europeos de última generación y teniendo en cuenta la temporada de construcción offshore, un solo equipo de instalación puede instalar entre 50 y 70 turbinas por temporada de construcción, dependiendo de los detalles del proyecto.

El equipo requerido para levantar y mover estos componentes es grande y requiere cantidades sustanciales de espacio para maniobrar, también. Si es necesario, el área de almacenamiento total en un puerto se puede dividir entre varias áreas separadas.

Para permitir la flexibilidad entre los distintos tipos de componentes (es decir, turbina frente a cimentaciones, varios tipos de cimentaciones) y para tener en cuenta la tendencia de la industria hacia componentes más grandes, se debe considerar un área de al menos 20 hectáreas por buque de instalación.

Además del área de requerida para fabricar y almacenar componentes se requiere un área de pre montaje cerca del atracadero para completar la preparación de los componentes primarios antes de ser cargados en el navío de instalación.

Debido a los altos costos de la instalación costa afuera, la industria de la eólica marina está observando una tendencia hacia la maximización de la cantidad de remontaje realizado en tierra, con el fin de minimizar la cantidad de tiempo que se pasa fuera de la costa (siendo los costes muy elevados). Esta tendencia se ve atenuada por el aumento del tamaño y el peso de los componentes individuales a medida que aumenta la capacidad nominal de las turbinas marinas. La experiencia adquirida indica que se debe proporcionar un mínimo de 4 hectáreas entre el área de almacenamiento y el muelle para la manipulación de componentes grandes. Esta área se puede usar para ensamblar torres, girar palas o ensamblar rotores, levantar o colocar componentes de cimentaciones o manipular de otro modo los componentes grandes para facilitar el trabajo en alta mar.

Los puertos utilizados con éxito hasta ahora han proporcionado un área total de almacenaje de entre 8 y 30 hectáreas; Sin embargo, esta comparación debe evaluarse con cautela. Muchos de estos puertos admiten proyectos más pequeños con un número limitado de turbinas.

Longitud del muelle: la longitud del muelle disponible es fundamental para admitir el número de buques necesarios para la instalación y puesta en marcha. Debido a las altas tarifas de fletamento de buques y la frecuencia de llamadas al puerto para cargar componentes, cada embarcación de instalación requiere acceso exclusivo al muelle. Los retrasos debidos a los equipos que no pueden cargar componentes tienen un costo prohibitivo.

Se debe considerar la metodología de construcción, principalmente a la número, tamaño y misión de los buques de instalación que llaman a la instalación. Al igual que otras tendencias eólicas en alta mar, los buques de instalación de última generación son cada vez más grandes. El "Resolutión" mide 130m de eslora, "Brave Tern" es de 132m y aún más grande es el "Pacific Orca" de 161m.

Como mínimo, debe suponerse que una "tripulación" de instalación debe operar dos embarcaciones, una para la cimentación y otra para la turbina. Los buques de instalación de cable submarino normalmente se cargan directamente desde el lugar de fabricación del cable y no se prevé que necesiten soporte regular del puerto de instalación.

Además de los amarres de los buques de instalación, se debería proporcionar un atracadero adicional para recibir los componentes transportados por el buque de gran elevación del fabricante. El atracadero del buque de transporte no debe impedir el acceso de los buques de instalación a los componentes de carga. Por lo general, no son necesarios múltiples atraques para embarcaciones de transporte.

La planificación adecuada puede proporcionar una programación adecuada permitiendo suficiente tiempo para descargar los buques de transporte y mantener un inventario suficiente y actualizado en el puerto de transición.

Para nuevos desarrollos, se recomienda 200 m como longitud mínima por amarre. Para respaldar a un equipo de instalación compuesto por dos muelles de embarcaciones de instalación exclusivas y un atracadero para buques de transporte, se requeriría un mínimo de 600 m de atraque.

Carga de la plataforma: los componentes de la eólica marina son extraordinariamente pesados. La turbina Vestas V164-8.0 pesa aproximadamente 800 toneladas. El peso de los monopilotes de acero en algunos proyectos oscila entre 500 y 800 toneladas, con piezas adicionales de 300 toneladas; las bases de gravedad pueden superar las 4.000 toneladas. Las cargas típicas de la plataforma van de 3 T/m2 a 5 T/m2. Los muelles para eólica pueden llegar a una capacidad de carga de 25 T/m2. Los fabricantes de turbinas y los contratistas offshore han expresado su preferencia por trabajar en instalaciones con una capacidad mínima de carga en cubierta de 15 T/m2 acomodar turbinas más grandes y cimientos para aguas más profundas.

Se pueden usar muelles con una carga de plataforma de menor clasificación, sin embargo, las restricciones de distribución de peso comienzan a afectar los movimientos de los componentes y reducen la eficiencia del manejo de materiales grandes.

Navegación: como la tendencia general en el desarrollo portuario es hacia canales más profundos para permite que los buques más grandes los usen. Los mismos calados profundos no son necesarios en los puertos mar adentro. Las embarcaciones de instalación lanzadas en los últimos tres años requieren de 6 a 9 m de profundidad de agua cuando están completamente cargadas. A diferencia de otras tendencias, no se espera que aumente el calado de los buques de instalación cargados. Los buques de instalación deben poder operar a poca profundidad, donde se instalarán muchos proyectos. Algunos proyectos  se han propuesto para menos de 6 m de profundidad. El mayor calado requerido para los puertos de instalación eólica marina estará en el atracadero del buque de transporte para permitir que los buques de transporte de mayor calado puedan llamar, aunque ni siquiera los cargueros de carga pesada requieren los mismos calados profundos que la última generación de contenedores y buques graneleros.

Altura de carga en cubierta: A medida que los buques de instalación se vuelven cada vez más capaces de transportar y manejar componentes más grandes y pesados, la industria de la eólica marina ha observado una tendencia hacia una cantidad creciente de pre ensamblaje en tierra, antes de que los componentes se carguen en el barco de instalación. La autorización de navegación de un buque por encima del nivel del agua es una preocupación fundamental a la hora de determinar la cantidad de pre ensamblaje que puede completarse en tierra. Al ubicar un puerto de instalación, es fundamental evaluar las restricciones de corrientes de aire en el puerto, así como a lo largo del tránsito hacia el sitio del proyecto. Puentes y líneas de servicios públicos navegables las vías fluviales y las pendientes de la guía de aproximación al aeropuerto son causas comunes de restricciones. En algunos casos, las organizaciones militares y otras organizaciones gubernamentales pueden tener preocupaciones con componentes muy altos ubicados cerca o pasando por sus instalaciones.

Muchos puertos están sujetos a restricciones a menudo debido a puentes. Por lo general, los puentes en la costa este presentan un límite de corriente de aire de aproximadamente 57 a 58 m. En el Reino Unido, se ha sugerido que los puertos de instalación permiten un mínimo de 100 m altura de carga hasta el parque eólico marino. Aunque la tecnología todavía está siendo desarrollado, existe un impulso de la industria en el Reino Unido para desarrollar buques de instalación de turbinas capaces de transportar e instalar turbinas totalmente ensambladas. Una vez que esta tecnología haya madurado y se hayan puesto en marcha los recipientes de instalación apropiados, requerirán una altura de al menos 160m. La última generación de turbinas eólicas propuestas por Vestas tendrá una altura de punta instalada de 187m; máquinas similares y más grandes han sido propuestas por otros fabricantes. Esta tendencia implica que una instalación portuaria con un calado aéreo ilimitado presentará una ventaja económica para el desarrollador y el contratista en alta mar.

Es posible utilizar las instalaciones del puerto de instalación con restricciones de altura. Algunos componentes se pueden transportar horizontalmente, o se puede completar un mayor grado de ensamblaje (por ejemplo, palas instaladas en la ubicación) en alta mar. Sin embargo, como se señaló anteriormente, la instalación costa afuera es menos eficiente y más costosa, lo que aumenta los costos generales de construcción.

Otros parámetros de operación: otros criterios son importantes para las operaciones y la eficiencia de un puerto de instalación. Sin embargo, no están necesariamente relacionados con la infraestructura del puerto.

La logística es una consideración importante con cualquier gran proyecto de construcción. Debido al tamaño y peso extremos y los componentes eólicos marinos, una planificación adecuada es aún más crítica para un proyecto eólico marino. A pesar de que muchos componentes grandes serán entregados al área de preparación por agua, la proximidad a las conexiones ferroviarias, de autopistas y aeropuertos son invaluables para un puerto de almacenaje y de fabricación.

La distancia desde el puerto de instalación hasta el sitio offshore afectará a la productividad de los buques de instalación debido al tiempo requerido para el tránsito hacia y desde el puerto, además del tiempo dedicado a la instalación de componentes en el sitio. Muchos de los puertos de instalación propuestos se encuentran entre 140 y 280 km de los proyectos propuestos asociados. En lugar de desarrollar cada puerto en base a un proyecto específico, este rango de distancias humeantes favorece el desarrollo de un puerto regional capaz de soportar múltiples proyectos.

Otros factores a considerar incluyen la disponibilidad de capacidades de levantamiento pesado en el sitio, sistemas integrales de seguridad, capacidad de trabajar las 24 horas del día, los 7 días de la semana y disponibilidad de los servicios públicos en el sitio.

Source:

Cooper B.D. and Marrone J.F. Port Requirements to Support Offshore Wind Development in North America. Ports 2013 ASCE. 

Elkinton C., Blatiak A. and Ameen H. Assessment of ports for offshore wind development in the Unided States. Garrad Hassan America, Inc.

Drunsic .M, Ekici D., PE, PMP, and White M. Logistics and Supply-Chain Management in Offshore Wind Farm OWF Applications. DNV GL. Offshore Technology Conference 2016.

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