Energía eólica aerotransportada aplicada a buques

Los sistemas de Energía Eólica Aerotransportada (EEA, o AWE según las siglas en inglés) son dispositivos que utilizan cometas para generar energía eólica. El funcionamiento del sistema es sencillo, y se basa en lo siguiente: la cometa arrastra un cable conectado a un dispositivo, que genera electricidad en ciclos de ascenso y descenso. La EEA por lo tanto permite aprovechar recursos eólicos que generalmente no se suelen explotar por encontrarse a grandes altitudes (que pueden llegar hasta los 800 metros), en lugares en los que otras alternativas no son viables o rentables. Y, por cierto, existe un caso insólito en las islas Feroe, una cometa submarina capaz de captar la energía del mar, el “Dragon 12”.

Entrevista Cope + Galicia el sábado 18 de enero de 2025 a las 10:00h:

Entrevista RadioVoz viernes 24 enero de 2025:

Introducción

Los dispositivos con cometas, en comparación con los de la energía eólica convencional utilizados, pueden llegar a reducir la cantidad de material necesario para su diseño hasta en un 90%. Esto se debe a que las cometas, en contraposición con los aerogeneradores, generan la energía sin necesidad de cimentaciones, torres, palas, rotores, etcétera. La principal ventaja que presentan estos sistemas radica en que, al tener que elevarse para buscar el viento, a partir de los 300 metros de altura se reducen las turbulencias producidas por la orografía terrestre y, debido a lo que se conoce la “ley de la velocidad al cubo”, la potencia que se puede obtener de las corrientes de viento existentes a esas alturas aumenta de forma exponencial.
En definitiva, se trata de una manera de generar energía, con menos impacto ambiental y visual que con los aerogeneradores actuales, que según algunos estudios podría poseer un potencial de cientos de gigavatios para el año 2050. Pero que nadie se engañe, para poder llegar a esa realidad que todavía se encuentra en fase experimental, habría que poder superar algunas barreras que se concentran principalmente en la necesidad de que se establezca una normativa, por parte de la CEE y posteriormente de los Estados miembros, sobre la regulación del espacio aéreo para estos equipos, de manera que no sean tratados como drones, ya que se trata de dispositivos que van unidos por un cable, y que por lo tanto no vuelan libres.
Centrándonos ahora en el uso de estos sistemas en buques, en los últimos tiempos ya se ha llevado a cabo una mejora de la eficiencia energética en algunos barcos mediante el uso de cometas de tracción, aunque eso sí, como complemento a la propulsión de estos. De esta manera se ha logrado una reducción del consumo de combustible, y, por lo tanto, una disminución del nivel de emisiones de gases nocivos emitidos a la atmósfera.

Airborne Wind Europe

Es la asociación (www.airbornewindeurope.org) que reúne al sector de Airborne Wind Energy (AWE). En Galicia uno de sus socios es la empresa viguesa Head-Up, con una trayectoria consolidada en el sector naval y también con distintos proyectos en el ámbito de la energía y la innovación, que pretende establecer un proyecto piloto en Galicia basado en tecnologías AWES.
Hace unos meses se celebró en Madrid la “Airborne Wind Energy Conference (AWEC 2024)”, el encuentro más importante del sector, en el que se pudo disfrutar de la exhibición de una cometa real de vuelo de 40m2, de la empresa holandesa Kitepower, así como de un sistema AWE español desarrollado por la Universidad Carlos III de Madrid y la empresa CT Ingenieros.

Funcionamiento del sistema

Para entender el funcionamiento de las cometas es necesario conocer el concepto de “ventana del viento”, una zona imaginaria desde el punto de vista visual por dónde se puede mover la cometa. En el manejo de la cometa debemos situarnos de espaldas al viento, de manera que el dispositivo nunca debe volar por detrás de nuestra posición.

Cuando el viento incide en la cometa, genera tracción, pero dependiendo del ángulo o inclinación que tenga la cometa en ese momento con respecto al viento y su velocidad de desplazamiento, generará menor o mayor potencia de tracción. Y justo enfrente del piloto y a media altura, se encontraría la zona de máxima potencia. Por el contrario, justo encima, en el punto llamado “cénit” y en ambos lados, la cometa no ejercerá presión sobre nuestra posición, es decir, son los puntos de mínima potencia.
El movimiento de la cometa se lleva a cabo con giros bruscos en forma de “ochos” que tiran del cable en los desplazamientos de ascenso. Una vez que llega al cenit (punto superior) emplea poca energía para descender, y de nuevo se repite el ciclo.

Primer caso de éxito aplicado a buques

Como ya se ha indicado, el primer caso de éxito en este sector lo consiguió la empresa Skysails, mediante un ingenio formado por tres componentes principales: una cometa de tracción con una amarra para el lanzamiento, un sistema de recuperación, y un sistema de control de funcionamiento automático. La cometa surgía del mástil especial controlado y construido en la proa del barco.

Se trataba de un dispositivo sencillo y seguro que se podía instalar a bordo como un sistema de propulsión auxiliar tanto en buques de nueva construcción como en buques existentes. En este sistema la cometa se elevaba hasta los 300 metros, aprovechando así las fuertes corrientes de viento existentes a esa altitud y generaba cinco veces más potencia propulsora por metro cuadrado de superficie que las velas convencionales. En función de las condiciones de viento existentes, el buque podía navegar en combinación con sus motores principales, y de esta manera aliviaba su uso.

Un equipo de control electrónico regulaba el conjunto tratando de posicionar la cometa en una zona u otra de acuerdo con las necesidades en cada momento: buque parado, barco en navegación, fondeado, etcétera. Dirigida por la consola de control, la cometa de arrastre realizaba maniobras de vuelo dinámicas regulares en el aire, a proa del buque, para generar la propulsión auxiliar. Esta fuerza de tracción se transmitía al buque a través de una amarra de remolque de fibra sintética de alta resistencia. Un cable especial integrado dentro de esta amarra aseguraba el suministro de energía y la comunicación entre la consola de control de la cometa y el sistema de control de la nave.
Respecto a las ventajas de este sistema cabe destacar que las cometas en sí no requieren mástiles sobre cubierta, con lo cual no ocupan apenas espacio, ni entorpecen las operaciones de carga y descarga. Además, con sus sistemas de control de vuelo, estos dispositivos pueden controlar su propia velocidad aumentando de esta manera la fuerza de tracción. Por el contrario, su principal inconveniente radica en la dependencia del viento. La ausencia de este, o su existencia a baja velocidad, obviamente impide la posibilidad de la propulsión mediante la cometa. Adicionalmente este sistema tampoco es posible utilizarlo cuando el rumbo del buque es proa al viento. Además, una vez la cometa está desplegada, el cambio de rumbo del buque es más lento de lo habitual, por lo que no se puede utilizar este sistema en ninguna situación que requiera rapidez de maniobra, como puede ser en navegaciones por zonas con mucho tránsito, o en canales angostos.

Los AWES, estado actual de la EEA

En la última década se están empleando aeronaves como dispositivos captadores de energía eólica volando en zonas con viento cruzado. Posteriormente su energía se transmite a tierra, por lo que se podrían considerar una especie de “drones cautivos”. Estos peculiares “sistemas dron” se denominan en inglés como “Airborne Wind Energy Systems (AWES)”. Los AWES son una tecnología todavía joven, que aglutina múltiples conceptos para la conversión de la energía del viento en energía eléctrica gracias a aeronaves conectadas a tierra con un cable. Los dos conceptos principales que la definen son los de generación eléctrica a bordo del vehículo («fly-gen»), o generación en tierra («ground-gen»).
Sus fundamentos matemáticos se presentaron hace más de veinte años en el artículo científico: «Crosswind Kite Power» de Miles L. Loyd, aunque posteriormente fueron dejados de lado en los noventa, por falta de tecnología. Pero en los últimos años este sector está viviendo un empuje gracias a la aparición de las tecnologías de los drones, con el nacimiento de un ecosistema AWES formado por empresas y universidades que están desarrollando demostradores tecnológicos de entre 100 kW y 600 kW.
Entre las razones existentes para que se deba utilizar la tecnología AWES para la generación de energía eléctrica se podrían destacar las siguientes:
• Permite el acceso a mayores y mejores recursos eólicos.
• Mitiga el problema de la intermitencia de las fuentes renovables.
• Disminuye los costes de generación.
• Reduce la huella de carbono de la generación eólica renovable
• Aporte mayor flexibilidad.
• Reduce el impacto visual.

Casos en España: La Gomera y Galicia

Desde Galicia y Canarias, algunas empresas españolas se están interesando en estos sistemas, abriendo un nuevo campo de actividad del aprovechamiento de la energía eólica, en lugares donde ya es conocido el potencial existente de recurso eólico, y a veces en emplazamientos con baja densidad de población.
La Universidad Carlos III ha establecido, en colaboración con la empresa CT Ingenieros (www.ctengineeringgroup.com) el primer laboratorio del país para investigar estas energías, y desarrollar la primera máquina AWE de tipo “yo-yo (movimientos en ocho)” en nuestro país, con una cometa capaz de generar una potencia de unos 10 kilovatios. Adicionalmente, AWE ha firmado un acuerdo con el Cabildo de La Gomera, en Canarias, para implantar un centro de pruebas en la isla de cara a utilizar esta energía en el futuro, y en Galicia hay una primera aproximación para probar un sistema de cometas eólicas dentro del mar, en el parque experimental de Punta Langosteira, siguiendo el camino de lo que ya se ha hecho con los parques eólicos off-shore en otros lugares.

Dragon 12, una cometa submarina captadora de energía del mar

Una compañía sueca ha diseñado una cometa capaz de aprovechar la energía mareomotriz en las islas Feroe, el “Dragon 12”. Aunque es una cometa muy especial, ya que pesa veintiocho toneladas y posee una envergadura de doce metros, que aloja el ala principal, un timón, unas hélices elevadoras, un sistema de engranajes, una turbina y un generador eléctrico.
El ala principal aprovecha la fuerza de elevación hidrodinámica creada por la corriente submarina para mover la cometa, que se mueve en forma de ocho (como las de viento), arrastrando la turbina a través del agua a una velocidad superior a la de la corriente. Posteriormente la turbina activa un generador (unido a ella y fijado al lecho marino), que produce electricidad, y que finalmente se conduce a la red eléctrica en tierra a través de un cable de alimentación.
Por la tanto el dron, que se asemeja más a una aeronave que a una simple cometa, mezcla los principios de sustentación de un avión, y de movimientos en ocho de una cometa, para dentro del mar aprovechar la energía de las corrientes oceánicas. Fue puesto en funcionamiento en el año 2024, y posee una capacidad de 1.2 MW.

Conclusiones

Para que todos estos nuevos dispositivos demuestren sus bondades será necesario disponer de prototipos que proporcionen datos reales sobre su funcionamiento y ahorros, tanto en buques como en tierra. Para las instalaciones en tierra se podrían diseñar comunidades energéticas en entornos rurales, sumando a los AWES, la energía solar u otras energías renovables.
Pero para alcanzar esta meta aun es necesario superar algunas barreras, como la de no considerar a estos dispositivos como drones, ya que eso añade la exigencia de la necesidad de un piloto humano, que no automatiza el sistema, y que difícilmente lo convertirá en rentable. Tal vez sería necesario que los AWES fueran clasificados simplemente como unos meros “obstáculos” a la navegación, por estar unidos a tierra (o al buque), por un cable que transporta la energía. Esto facilitaría la posibilidad de poder lanzar cometas a distancia, por ejemplo, en un parque destinado a tal fin, desde un centro de control en tierra que las dirija.
Un buque, o una estación de tierra, que pudiera llegar a lanzar un grupo de seis u ocho comentas, podría llegar a generar la misma electricidad que un aerogenerador, aunque con menos impacto. Pero hay que ser realistas, mientras que en la actualidad existe un mercado que solicita “megavatios (o gigavatios)”, estos sistemas de momento solo pueden generar “kilovatios”.
En cualquier caso, la eólica aérea no pretende sustituir a los aerogeneradores, sino más bien ser un complemento que se añada a toda la oferta de posibilidades que se están abriendo en los últimos años en la búsqueda de la descarbonización. Para poder escapar del gasoil de los buques, habrá que conseguir que nuevas aportaciones se sumen a la reducción del uso de ese combustible, y una de ellas puede ser el uso de las cometas, por qué no.
Pero la realidad es que de momento (a pesar del auge de las actividades deportivas que emplean este tipo de dispositivos) los sistemas aerotransportados de energía eólica mediante cometas o drones, que operen a más de 300 metros de altura, y que generen energía en zonas en las que las otras alternativas no son viables o rentables, aun buscan su espacio. La falta de un marco regulatorio y de apoyos, tanto institucionales como financieros, no permite el despegue de estos sistemas. Por ello es necesario un impulso financiero de esta “nueva” energía renovable para que instalaciones como las de la empresa SkySails, o las que propone CT o Head-Up en España, puedan alcanzar casos de éxito comercial.

RESUMEN (Artículos de prensa y Revistas)

Para leer artículo resumen publicado en el Diario de Ferrol el 19/01/25:

Para leer artículo resumen publicado en La Voz de Galicia el 13/01/25:

Para leer artículo resumen publicado en la Revista Proa a la mar en diciembre de 2024:

¡HASTA EL MES PRÓXIMO!