TECNALIA’s Commitment to Wind Energy www.tecnalia.com

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GENERA 2014

Nuevas claves para

la competitividad

del sector eólico

Madrid, 8 de Mayo de 2014

Crecimiento constante

Fuente: Global Wind Report, Annual Market Update 2013, GWEC.

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Crecimiento por regiones

Fuente: Global Wind Report, Annual Market Update 2013, GWEC.

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España: Algunos indicadores España es el primer país en producción eólica y el segundo por potencia instalada.

El esfuerzo de la industria eólica española en I+D+i durante el ejercicio 2011 fue de unos 120 millones de euros, el 7,25% de la contribución sectorial al PIB, frente al 1,35% que representa la I+D+i total sobre el conjunto del PIB español.

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EUROPA: CONTEXTO POLÍTICO-NORMATIVO

ALEMANIA • Abolición de la energía nuclear. • Incremento de la capacidad 45 GW para el 2020. • Revisión de la ley.

GRAN BRETAÑA

• Contract for Difference (CfD, una clase de tarifa premium.

FRANCIA • Política creciente de energías renovables para contrarrestar su política de abastecimiento nuclear.

ESPAÑA • Cambios en el marco normativo con carácter retroactivo que afectan al

regimen tarifario, lo que repercutirá negativamente en los objetivos a alcanzar

marcados por la Unión Europea.

• Ley 15/2012, ley de medidas fiscales para la sostenibilidad energéticas

• Real Decreto 2/2013, 1 de febrero- Objetivo: evitar el incremento del deficit

tarifario

Fuente: Elaboración Propia

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Proyecciones de crecimiento

Fuente:2013 JRC wind status report, Technology, market and economic aspects of wind Energy in Europe

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Mercado actual y tendencias TECNALIA Y LA ENERGÍA EÓLICA

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Plan Estratégico en Tecnologías Energéticas (SET Plan)

Iniciativa Eólica Europea

Objetivos: • Aumentar la competitividad de la energía

eólica. • Aprovechar el potencial de la eólica offshore. • Facilitar la integración en la red de la potencia

eólica. Retos: • Incrementar la investigación para reducir

costos y mejorar las tecnologías existentes. • Impulsando la difusión comercial de estas

tecnologías. • También se cuenta con la integración de las

fuentes energéticas renovables en la red eléctrica.

Objetivos: • Hacer la energía eólica la fuente

energética más competitiva para el 2020 y la offshore para el 2030.

• También se plantea la reducción del

coste de energía en 20 años más del 50% para la energía eólica Offshore vs por encima de un 20% la onshore (tomando el 2008 como año base)

Objetivos y retos del sector eólico

Fuente: Elaboración Propia

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FABRICANTES INICIATIVAS REDUCCIÓN DE COSTES

NORDEX “espera reducir los costes de la turbina de un 4 en 2013 y un 15% en 2015 respecto a 2012”

VESTAS “ha implantado más de 100 iniciativas de producto para reducir costes”

GAMESA “ha lanzado nuevos procesos de fabricación con el objetivo de optimizar costes”

Fabricantes: Reducción costes

Fuente: Elaboración Propia

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También se observa como tendencia general entre los fabricantes la búsqueda del aumento de potencia unitaria de las turbinas.

2011

Potencia Instalada

(GW)

Coste (€/MWh)

Eólica Onshore 230 85

Eólica Offshore 5,4 170

2020

Potencia Instalada

(GW)

Coste (€/MWh)

Eólica Onshore 600 75

Eólica Offshore 50 140

Coste de la energía

Varias fuentes y estimaciones propias

Objetivo: reducción de costes mediante nuevas soluciones tecnológicas e innovación en toda la cadena de valor

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Sector eólico: Retos Tecnológicos (Driver principal: Reducir el coste de la energía) 2013 JRC Wind Status Report (2014) Strategic Research Agenda/Market Deployment Strategy (European Wind

Energy Technology Platform) (Marzo 2014)

- Reducción de peso góndola

- Aumento de tamaño del rotor

- Ingeniería avanzada de composites

- Reducción fallos multiplicadora

- Nuevos materiales para aerogeneradores

- Eficiencias y mejora del tren de trasmisión

- Mejoras sistema de control

Offshore:

- Diseño cimentaciones para offshore y mantenimiento

- Estudios medioambientales marinos

- Estudios de coste de subestructuras y conexión

- Procesos de instalación y logísticas

- Optimización del sistema

- Condiciones externas:

- Mejora de la predictibilidad y disponibilidad de la energía

eólica

- Integración de información medioambiental en fases de

vida de la eólica

- Estandarización de la evaluación del recurso eólico

- Turbinas eólicas:

- Mejora de la capacidad aerodinámica

- Mejora de la integridad estructural mecánica

- Eficiencia sistema de conversión eléctrico

- Estrategias de control operacional

- Innovación componentes, subestructuras y diseño

integrado

- Mantenimiento predictivo y monitorización basada en la

condición

- Integración a la red:

- Nuevos métodos de planificación y operación en la red

- Servicios de provisión auxiliares

- Conexión a la red, trasmisión y operación

- Gestión de la red y mercados eléctricos

- Offshore:

- Subestructuras

- Logística, montaje y desmantelamiento

- Infraestructura eléctrica

- Grandes turbinas

- Operación y Mantenimiento

Fuente: Elaboración Propia

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I+D: Horizon 2020 • Máquinas grandes y profundidades elevadas son temáticas clave en el programa

de I+D más relevante en Europa:

– Develop control strategies and innovative substructure concepts

• control strategies and systems for new and/or large rotors and wind farms

• new innovative substructure concepts, including floating platforms, to reduce production, installation and O&M costs for depths of more than 50m.

– Substantially reduce the costs of wind energy

• innovative integrated dedicated offshore systems (e.g. with a significant lower mass per unit power installed) to reduce production, installation and O&M costs for water depths of more than 50m.

– Demonstrating and testing of new nacelle and rotor prototypes

• Demonstration and testing of new nacelle and rotor prototypes with a significant lower mass and material intensity and applicable to several types of large-scale wind turbines.

– Demonstrating innovative substructure and floating concepts

• demonstration of innovative bottom-fixed substructure concepts for water depths of 30 to 50m capable of reducing costs;

• demonstration of innovative floating wind turbine concepts

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Estudio de la I+D+i del sector eólico 2013, REOLTEC

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PARQUES EÓLICOS

PLANIFICACIÓN Y

DISEÑO

EÓLICA OFF-SHORE

AGUAS PROFUNDAS

ELECTRÓNICA DE ALTA

POTENCIA Y MÁQUINAS

ELÉCTRICAS

OPERACION Y

MANTENIMIENTO

MATERIALES Y

FABRICACIÓN

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TECNALIA Research & Innovation se focaliza en el

desarrollo de proyectos de I+D y de servicios tecnológicos

que buscan la reducción de costes y la mejora de la

eficiencia y competitividad para el sector eólico, mientras

crea nuevas oportunidades de negocio para las empresas

del sector.

Componentes Mecánicos y Estructurales

NUEVO SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Esta aplicación cuenta con alarmas en los puntos clave del proceso de producción de curación de composites y es personalizable. El software optimiza el proceso de producción, lo que reduce los tiempos de ciclo, el coste y el consumo de energía y la identificación de eventos inesperados como gelificación temprano. También contribuye a mejorar el conocimiento de los parámetros del proceso de producción en general.

REDUCCIÓN DE PESO DE LA ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE MEJORA EN CONDICIONES EXTREMAS (GEOMETRÍA PROTOTIPO suministrados por Gamesa) Reingeniería para la reducción de peso (11%). Esta reducción se debe en parte a la reducción de la masa (3%) y principalmente (8%) debido a la mejora del material procedente de los cálculos de carga estática.

FABRICACIÓN

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La monitorización continua en el control del curado, la simulación del llenado en infusión, el uso de sensores de flujo, menores uniones adhesivas… permiten a las empresas conseguir un ahorro de hasta un 50% de tiempo y de hasta un 30% en su consumo energético. La aplicación de procesos de reingeniería y rediseño de componentes clave de la turbina (pitch, drive, frames…) han permitido el ahorro de este tipo de componentes en alrededor de un 11%.

CABLE ROBOT para la automatización de la fabricación de grandes y estructuras pesadas TECNALIA ha desarrollado una nueva generación de dispositivos robóticos modulares y reconfigurables que son capaces de realizar muchos pasos diferentes en las fases del ciclo de vida de las estructuras a gran escala. Esta tecnología permite introducir la automatización en los grandes procesos de producción de componentes del sector de la energía eólica, así como en su mantenimiento.

CONTROL DE CALIDAD EN LA PRODUCCIÓN DE MULTIPLICADORA TECNALIA también está involucrada en el desarrollo de sistemas de herramientas mecatrónicas inteligentes para la introducción de los procesos de control de calidad en la producción de componentes clave de la turbina, tales como la multiplicadora, reducir el tiempo de fabricación y los costos.

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Componentes Mecánicos y Estructurales

CORROSIÓN capas protectoras ACERO GALVANIZADO Revestimientos protectores Sol-Gel (SG) de corrosión en acero galvanizado para enfrentar los problemas específicos que afectan al sector de acabado de metales aumentando su competitividad a través de la introducción de la nueva, en tareas específicas de valor añadido de soluciones con atributos más allá de la superficie de acabado que se encuentran hoy en el mercado

PLASMA / NITROCARBURACION PARA MEJORAR LA DUREZA DE SUPERFICIE, fatiga o al desgaste Soluciones rentables para mejorar la resistencia al desgaste, las características de comportamiento de fricción, resistencia a la corrosión y la fatiga. Nuevo proceso de tratamiento termoquímico respetuoso con el medio ambiente sobre la base de tratamiento de difusión de plasma que, a través de una reacción entre el plasma y la superficie del metal, produce la formación de un nitruro o carbonitroruro de una capa. Un nuevo método de nitrocarburación por plasma, conocido como Pantalla activa de plasma Nitruración (ASPN) ha sido desarrollado para estos fines

Caracterización de materiales hechos de fundición nodular: tracción e impacto, pruebas de medidas de dureza y análisis metalográfico. Prueba de pernos, tornillos y clavos caracterización y la inconformidad de acuerdo con Norma EN ISO 898-1

ROTURA DEL DIENTE DE EJE INTERMEDIO Materia prima: Material del eje corresponde a una EN 10084 18CrNiMo7-6 designación, cuya calidad corresponde a una designación de 6336-5MQ ISO. Causa del fallo: rotura de dientes derivada de un mecanismo de fatiga bajo condiciones normales de trabajo, y el mecanismo de la fatiga se desencadena por la presencia de una grandes inclusiones de aluminio MQ ISO 6336-5 MQ

MATERIALES

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Mejora de la correlación entre la prueba de corrosión de laboratorio y de las condiciones reales y la detección temprana de la degradación de la corrosión para reducir los daños por corrosión y los costos de mantenimiento en la energía eólica. El laboratorio de corrosión en Tecnalia está totalmente equipada con el fin de preformas de material (por ejemplo: metálica y polimérica) el envejecimiento de estudio de degradación. Al lado de las cámaras de niebla salina clásica y baños de inmersión, también están disponibles: cámaras climáticas (-70 a 180 º C, de 0 a 100% HR), cámaras de humedad, cámaras UV / condensación, y el gabinete de la erosión.

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SUPERTURBINA Fiable, ligero y potente generador eléctrico compacto basada en la tecnología superconductora. 10 MW, ~ 8,1 ~ 11,8 rpm y MNm. Direct Drive: sin multiplicadora Bobinas de MgB2 superconductoras Solución Criogénica libre (bajo mantenimiento) modular Criostato Peso por debajo de 200 T. El peso y el tamaño de reducción de más de 30% en comparación con los generadores convencionales. No hay problemas de escala Bobinados con espacio de aire en el estator No hay materiales de tierras raras

SISTEMA DE CONTROL MODULAR La arquitectura flexible y potente para controlar la electrónica de potencia. CPU basado en el DSP 400MHz flotante ADSP21369 (Analog Devices), comunicación 400MHz micro AT91SAM9G20 (Atmel ARM9) y Spartan-6 FPGA XC6SLX25 (Xilinx). Coms Ethernet. Medición analógica: adquisición remota y simultánea por nodos distribuidos. Hasta 5x16 voltajes / señales de corriente y 5x16 temperaturas pueden ser digitalizadas. Ganancia ajustable. 10ksps frecuencia de muestreo. Tableros PWM digital: hasta 4x16 señales PWM de fibra óptica. Tablas IO uso general. Rack 19 ".

THOR: MEDIA TENSIÓN convertidor multinivel THOR es un convertidor de media tensión del punto neutro-sujeta con un diseño modular. Cada módulo convertidor individual tiene una potencia nominal de 1,5 MVA. Hasta 4 módulos pueden conectarse en paralelo para alcanzar una potencia nominal de 6 MVA. Posibilidad de llegar hasta: 3,3 kV, 75 Hz y 10 º armónico. THOR ha sido diseñado promover la flexibilidad, facilitando así el uso de esta unidad en múltiples aplicaciones como agua de refrigeración, el emulador de la red, fuente de corriente, hechos, filtro activo, y accionamiento de media tensión.

Generador y componentes eléctricos ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y MÁQUINAS ELÉCTRICAS

17 Mecanismos de aerogeneradores, subestaciones eléctricas, conversión de energía y los medios de evacuación, etc, tienen que ser modificados para que sean más rentables y adaptados a las nuevas oportunidades que surgen para la energía eólica. Nuevas soluciones proporcionarán una mejor escalabilidad de energía, reducción de peso y una mayor fiabilidad de los sistemas involucrados

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Control y Monitorización de la Condición

NEM SOLUTIONS AURA DE DIAGNÓSTICO: DIAGNÓSTICO Y PRONÓSTICO DE MODOS DE FALLO BASADO EN BASE DE DATOS SCADA Desarrollo de algoritmos con NEM Solutions para la descomposición de síntomas y modo de falla pronóstico basados en SCADA, datos PI Osisofts 'y la información CMMS. Se utilizaron modelos matemáticos y algoritmos no paramétricos para la identificación de la conducta en el subsistema y componentes diferentes como la caja de cambios, grupo hidráulico o de control de paso. El sistema genera automáticamente curvas de potencia multidimensionales, estima degradaciones y desviaciones

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN DE LA CONDICIÓN SMP. Sistema de mantenimiento predictivo de aerogeneradores Se trata de los equipos para la adquisición y la digitalización de las señales recuperados de 12 IEPE acelerómetros, así como el procesamiento requerido (filtrado, FFT, algoritmos de tendencia). El equipo estará tan bajo como ± 1mVolt, correspondiente a 0,1 m/s2 valor de la aceleración. De la CPU sobre la base de un DSP, micro comunicación y una FPGA. Comunicaciones Ethernet y RS232. El sistema incluye algoritmos de detección basados en el análisis de vibración e información de visualización de extracción y herramientas de análisis (GIRE-PRED)

SISTEMA DE MONITORIZACIÓN DE CORROSIÓN Prototipo de control de la corrosión controlada Control remoto basado en dos técnicas i) resistencia eléctrica (ER) de sensores metálicos con el fin de establecer la variación de la velocidad de corrosión con el tiempo, y ii) sobre la base de la medición de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) en cupones con el fin de medir el estado de la degradación de la capa anti-corrosión). El sistema utiliza un protocolo de comunicación Modbus TCP y el sistema de control es una simulación SCADA basado en Mango. El sistema está construido con el objetivo de ser la de ser autónomo y robusto

18 Nuestros sistemas para la monitorización de la corrosión en parques marinos suponen una reducción de costes de aproximadamente un 20%

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Estructura flotante para eólica offshore de aguas profundas que permite la reducción de costes de las turbinas eólicas.

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Conclusiones

• El sector eólico demuestra ser el más competitivo de las energías renovables aunque

todavía tiene áreas de mejora y un creciente contexto competitivo a nivel internacional.

• En esta presentación queremos destacar la I+D+i como un factor clave para la

competitividad del sector eólico en general y para el nuestro nacional en particular.

• Hay que intentar por todos los medios no perder la oportunidad histórica de liderar un

sector industrial de vanguardia a nivel global, como el que la eólica representa.

• Mantener la exportación como balón de oxígeno para la industria nacional (a pesar de la

contracción general del mercado mundial, tanto a nivel de inversiones en el sector como

en la demanda).

• Seguir apoyando de forma decidida y definitiva el sector de la eólica marina, teniendo en

cuenta la importancia de la industria eólica y marítima naval en la economía española.

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Energía y Medio Ambiente

IGONE UGALDE

Wind Energy Market. Business Development

Igone.ugalde@tecnalia.com

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COMMITMENT TO

WIND ENERGY

TECNALIA

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C/Geldo, Edificio 700

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T +34 946 430 850 (international calls)

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