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Una turbina eólica a prueba de tifones llega a las islas

turbina eólica

  • La start-up japonesa Challenergy se está especializando en las necesidades energéticas de las islas más remotas.
  • Los resultados de las simulaciones llevadas a cabo en las fases de desarrollo pueden aplicarse rápidamente al diseño de productos.
  • Ya ha empezado a funcionar la primera turbina en las islas de Batanes, en Filipinas.
  • Se alcanza así un hito en el proceso hacia un consumo energético global basado en el hidrógeno; las islas son solo el primer paso.

La vulnerabilidad de las infraestructuras energéticas japonesas quedó en evidencia con desastres naturales como el gran terremoto y tsunami de Japón oriental de 2011 o los devastadores tifones. Debido, en buena parte, a la implacable destrucción causada por las inundaciones de 2018, Japón sobrepasó a Filipinas como el país con más daños provocados por fenómenos meteorológicos extremos en la edición de 2020 (PDF, p. 6) del Índice de Riesgo Climático Global.

Tras el desastre nuclear de Fukushima, Atsushi Shimizu ha trabajado en pro de un cambio energético. Ha creado una turbina eólica única con cilindros verticales en lugar de palas que genera electricidad gracias al principio físico conocido como efecto Magnus. Poco después de patentar su invento, Shimizu fundó la empresa Challenergy, con la que la logrado superar los problemas de eficiencia del diseño original para conseguir una turbina eólica sin palas que es capaz de generar electricidad incluso en medio de un tifón. Las primeras pruebas de campo de este diseño se llevaron a cabo en 2016 con una máquina de un kilovatio instalada en la ciudad de Nanjo, perteneciente a la prefectura de Okinawa.

Turbina de pruebas de diez kilovatios instalada en la isla de Ishigaki, en Okinawa.
Turbina de pruebas de diez kilovatios instalada en la isla de Ishigaki, en Okinawa. Gentileza de Challenergy.

Desde entonces, las cosas han cambiado mucho en el mundo de la energía. Shimizu afirma que el desarrollo de pequeñas turbinas eólicas vivió su época dorada, tanto dentro como fuera de Japón, impulsado por la adopción en este país de sistemas de tarifas reguladas (FIT): “Al igual que con los paneles solares, nuestro objetivo en aquel momento era aprovechar las FIT, así que nos pusimos manos a la obra con un sistema más grande, de diez kilovatios, para obtener más eficiencia y beneficio”. No obstante, Challenergy enseguida descubrió que era complicado penetrar en un mercado dominado por los aerogeneradores de palas más baratos que se fabrican fuera de Japón. Tras el desplome del precio de la energía por debajo de la mitad de sus valores iniciales, era evidente que sería difícil sacar provecho del marco de tarifas reguladas.

Un cambio en los modelos de negocio

Una vez que Shimizu hubo comprobado la efectividad de su tecnología con la plataforma de pruebas de un kilovatio, que consiguió seguir generando electricidad en condiciones de tifón, retomó su idea original de provocar un cambio energético a nivel mundial. Quería dar forma a un modelo de negocio que no dependiera de las FIT, de modo que siguió perfeccionando la turbina de diez kilovatios. En 2018, Challenergy instaló un prototipo de producción a gran escala en un emplazamiento de pruebas en la isla de Ishigaki, en Okinawa, cuya salida al mercado estaba prevista para 2020.

Debido a su diseño, la relación costo-eficiencia de las turbinas eólicas mejora cuanto mayor es su tamaño. Los fabricantes de turbinas eólicas estándar compiten por ver quién consigue la más grande, y llegan a poner en marcha modelos enormes con palas de más de 100 metros de longitud. “A lo largo de la historia de la energía eólica moderna, una constante ha sido la competición por turbinas más y más grandes ―afirma Shimizu―. Ahora la cuestión es quién puede conseguir fabricarlas. Es que ya no son molinos, son auténticos gigantes”.

Por el contrario, la estrategia de Challenergy consiste en evitar competir en el feroz mercado de los gigantes eólicos y, en su lugar, moverse en el mercado nicho de la generación eléctrica en las islas más remotas.

“Las poblaciones de las islas suelen contar con generadores eléctricos diésel, pero ahora ya no es nada fácil garantizar el suministro y generar energía a precios razonables ―advierte Shimizu―. En su momento, la gran esperanza fueron las fuentes de energía renovables, pero tampoco hay alternativas a mano. Por otra parte, las islas no tienen terreno suficiente para crear granjas solares; lo que tienen es viento de sobra. El problema es que los frecuentes cambios de dirección del viento y su velocidad terminan dañando las turbinas de palas. Con las nuestras, las poblaciones isleñas pueden acceder a fuentes de energía renovables que, a la larga, podrán sustituir a los generadores diésel”.

Las simulaciones, claves en el proceso de creación

Uno de los principales obstáculos en las empresas innovadoras es conseguir un diseño de producto válido para su producción a gran escala. Este es el caso de Challenergy, como reconoce Shimizu: “En nuestra turbina a pequeña escala de un kilovatio la estructura no se veía sometida a grandes esfuerzos, por lo que fue relativamente fácil concebir un diseño que ofreciera tanto rendimiento como resistencia estructural. Sin embargo, conforme la turbina se hace más grande necesitas optimizar su peso y resistencia para mantener viable la producción a gran escala. Además, cuando fabricas un producto físico el diseño es primordial; no puedes depurarlo después, como ocurre con el software. Tienes que estar muy seguro de lo que te traes entre manos antes de lanzarte a producirlo”.

La primera turbina de Challenergy implantada en Filipinas puede soportar vientos de 70 metros por segundo (unos 250 km/h), de modo que cumple con la normativa edificatoria estatal y puede instalarse sin emplear maquinaria pesada de construcción,
La primera turbina de Challenergy implantada en Filipinas puede soportar vientos de 70 metros por segundo (unos 250 km/h), de modo que cumple con la normativa edificatoria estatal y puede instalarse sin emplear maquinaria pesada de construcción. Gentileza de Challenergy.

Shimizu tiene claro que, en lo referente al diseño, los ensayos lo son todo: “Las simulaciones son esenciales en el proceso de diseño. Ese feedback nos aporta una información valiosísima para optimizar el producto. Si ponemos una turbina y se avería en condiciones meteorológicas normales, nuestro futuro como empresa se irá al garete en un segundo. Por otra parte, no podemos esperar diez años para ver si nuestras especificaciones son adecuadas a largo plazo”.

Desde su fundación, Challenergy ha utilizado Autodesk Inventor. A medida que sus proyectos fueron creciendo de tamaño, enseguida recurrieron a todo el potencial de Inventor Nastran para llevar a cabo las simulaciones. “La gran ventaja de las simulaciones es que podemos medir los esfuerzos con exactitud, tanto con diversos ángulos de incidencia del viento como dentro de la propia estructura, donde no se pueden llevar a cabo mediciones directas ―afirma Shimizu―. Cuando ya hemos recopilado datos suficientes gracias a las simulaciones, podemos ajustar con rapidez los parámetros de diseño. Esta agilidad en las fases de diseño y de análisis del ciclo PDCA es vital para una empresa de innovación como la nuestra”.

Un horizonte más allá de la energía eólica

En la estrategia de Challenergy para implantarse en las islas, la primera ubicación para una turbina de diez kilovatios ha sido la provincia de Batanes, en Filipinas. Shimizu explica que geográficamente se encuentra muy cerca de la isla de Ishigaki, por lo que las condiciones meteorológicas son similares, con tifones frecuentes: “Aunque el turismo es su principal industria, su red de suministro eléctrico es bastante frágil y se producen cortes casi a diario. Un día fuimos a un restaurante que tenía su propio generador y lo encendían cada vez que se iba la luz”.

En Filipinas hay más de 7000 islas, de las que varios cientos están habitadas y necesitan electricidad. “Suministrar energía a las islas no es solo un problema de Japón o Filipinas, es un reto energético a escala planetaria ―advierte Shimizu―. Cada vez recibimos más consultas de poblaciones isleñas de todo el mundo. Muchas son destinos turísticos muy conocidos. Esto justifica nuestra estrategia, ya que vemos que la demanda es realmente muy elevada”.

Los países insulares tienen una alta demanda eléctrica para dar sustento a un sector turístico esencial para su economía. Sin embargo, la polución provocada por los generadores diésel es contraria a las preocupaciones medioambientales de este mismo sector.

Atsushi Shimizu, presidente y director ejecutivo de Challenergy (derecha), junto a Yoshio Kuroda, ingeniero de diseño mecánico.
Atsushi Shimizu, presidente y director ejecutivo de Challenergy (derecha), junto a Yoshio Kuroda, ingeniero de diseño mecánico. Gentileza de Challenergy.

“La energía solar no es una opción, porque cualquier terreno válido para granjas solares ha sido ya ocupado ―lamenta Shimizu―. Por otra parte, puede sonar extraño, pero las horas de radiación directa suelen ser limitadas en las islas. Esto hace difícil contar con energía solar suficiente para sus poblaciones. Aunque el viento casi siempre sopla con fuerza sobre las islas, la propia orografía provoca perturbaciones en el flujo del viento, lo que causa problemas en las turbinas convencionales de palas y riesgo de daños en las máquinas. Nuestras turbinas dan respuesta a las necesidades de las poblaciones isleñas mejor que cualquier otra fuente de energía renovable, por lo que tenemos muy claro que ese es el camino que debemos seguir como empresa”.

La primera turbina eólica de Challenergy en Filipinas está plenamente operativa en Batanes desde agosto de 2021, y Shimizu confirma que no cejará en su empeño de proporcionar energía suficiente a las islas para que se autoabastezcan.

Pero Shimizu va más allá: “Podemos sacar partido del ilimitado potencial del océano y combinarlo con la energía eólica para conseguir que el consumo energético de las islas sea a base de hidrógeno. Lo primero es proporcionar energía a esas pequeñas islas y seguir dando pasos. Si logramos que el 100 % del consumo de una isla se base en el hidrógeno, obtendremos un paraíso en la tierra, sin combustibles fósiles, que sin duda atraerá a los turistas. En última instancia, y empezando por Japón, queremos transformar estos países insulares de todo el mundo en productores de energía a base de hidrógeno. Si logramos aprovechar la potencia de los tifones como recurso para producir hidrógeno y luego exportarlo, podremos avanzar hacia una sociedad cuyo consumo se base en el hidrógeno. Sería una auténtica revolución para estas naciones-isla, que en la actualidad tienen que importar su energía”.