Valoración del impacto de las innovaciones en energía eólica flotante desarrolladas en el proyecto matheo

MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA ENERGÉTICA SOSTENIBLE TRABAJO FIN DE MÁSTER VALORACIÓN DEL IMPACTO DE LAS INNOVACIONES EN ENERGÍA EÓLICA FLOTANTE DESARROLLADAS EN EL PROYECTO MATHEO Estudiante Escalona Corral, Ana Director Blanco Ilzarbe, Jesús María Departamento Ingeniería Energética Curso académico 2020/2021 BILBAO, 24 DE JUNIO DE 2021 2 CONTENIDO RESUMEN 4 LISTA DE ACRÓNIMOS 5 ÍNDICE DE FIGURAS 6 ÍNDICE DE TABLAS 8 1 INTRODUCCIÓN A LA EVOLUCIÓN DE LA EÓLICA FLOTANTE Y SU CONTEXTO 9 1.1 Evolución de la energía eólica flotante 9 1.2 Papel de las innovaciones 10 2 OBJETIVOS, ALCANCE Y BENEFICIOS 11 3 ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DEL PROYECTO Y METODOLOGÍA 13 4 ESTADO DEL ARTE RELATIVO A LAS INNOVACIONES EN EÓLICA OFFSHORE 18 4.1 Estudios realizados sobre innovaciones 18 4.2 Áreas de innovación en energía eólica flotante 18 5 IDENTIFICACIÓN Y ANÁLISIS DE VARIABLES CRÍTICAS DEL LCOE 22 5.1 Estudio general de los costes en un parque eólico flotante 22 5.2 Identificación de variables críticas 24 5.2.1 Fabricación 24 5.2.2 Transporte e instalación 25 5.2.3 Mantenimiento 27 5.2.4 Producción de energía 29 5.2.5 Variables temporales, financieras y generales 30 5.3 Recomendaciones para la definición de futuras áreas de investigación 32 6 EVALUACIÓN DE LAS INNOVACIONES DESARROLLADAS EN MATHEO 34 6.1 Proyecto MATHEO 34 6.1.1 Objetivos del proyecto 35 6.1.2 Innovaciones desarrolladas 35 6.2 Resumen del procedimiento de evaluación de las innovaciones 36 6.3 Innovación I1: Enfoques Híbridos Avanzados para la interacción fluido estructura 36 6.3.1 Objetivo inicial de la innovación 36 6.3.2 Desarrollo de la innovación 36 6.3.3 Evaluación del impacto de la innovación 37 6.4 Innovación I2: Deep Learning para monitorización inteligente 43 3 6.4.1 Objetivo inicial de la innovación 43 6.4.2 Desarrollo de la innovación 43 6.4.3 Evaluación del impacto de la innovación 44 6.5 Innovación I3: SPH para la interacción fondo estructura 49 6.5.1 Objetivo inicial de la innovación 49 6.5.2 Desarrollo de la innovación 49 6.5.3 Evaluación del impacto de la innovación 50 6.6 Comparación de los impactos de las tres innovaciones 59 7 METODOLOGÍA DEL DESARROLLO DEL PROYECTO 61 7.1 Descripción de tareas 61 7.2 Diagrama de Gantt 62 7.3 Presupuesto 63 8 CONCLUSIONES 64 9 REFERENCIAS 65 ANEXO I – GUION DE LAS ENTREVISTAS PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE INNOVACIONES 68 ANEXO II – EJEMPLOS DE LA UTILIZACIÓN DE LA HERRAMIENTA 70 4 RESUMEN ES: En el proyecto MATHEO, financiado por el Gobierno Vasco a través del programa de ayudas a la investigación colaborativa Elkartek, se han perseguido tres líneas de investigación con el objetivo de desarrollar modelos matemáticos en la frontera del conocimiento que faciliten la caracterización de la interacción de grandes estructuras con el medio, con aplicación particular en la energía eólica flotante. En este proyecto se estudian las innovaciones desarrolladas en MATHEO cuantificando su impacto sobre el LCOE utilizando una herramienta y un protocolo de evaluación de innovaciones desarrollados ambos con el objetivo de ser utilizados en este proyecto. Como estudio paralelo se trata, además, de identificar las variables críticas que serán las susceptibles a variaciones que pueden causar cambios significativos en los costes, la producción de energía y sobre el LCOE, con el propósito de poder definir áreas de innovación significativas para futuros proyectos. EUS: Elkartek elkarlaneko ikerketarako laguntza-programaren bidez Eusko Jaurlaritzak finantzatutako MATHEO proiektuan, hiru ikerketa-ildo lortu nahi izan dira, ezagutzaren mugan eredu matematikoak garatzeko, egitura handiek ingurunearekin duten interakzioaren karakterizazioa errazteko, energia eoliko flotagarrian bereziki aplikatuta. Proiektu honetan MATHEOn garatutako berrikuntzak aztertzen dira, eta LCOEn duten eragina kuantifikatzen da. Horretarako, berrikuntza horiek ebaluatzeko garaturiko tresna eta protokolo bat erabili dira. Azterlan paralelo gisa, gainera, kostuetan, energiaren ekoizpenean eta LCOEn aldaketa esanguratsuak eragin ditzaketen aldagaiak identifikatu nahi dira, etorkizuneko proiektuetarako berrikuntza-arlo esanguratsuak definitu ahal izateko. EN: In the MATHEO project, funded by the Basque Government through the Elkartek collaborative research aid program, three lines of research have been pursued with the aim of developing mathematical models in the knowledge barrier that enable the characterization of the interaction between large structures and the environment, applied to floating offshore wind. In this project, the innovations developed in MATHEO are studied, quantifying their impact on the LCOE using a tool and an innovation evaluation protocol, both custom developed to be used in this project. As a parallel study, critical variables that will be susceptible to variations that can cause significant changes in costs, energy production and the LCOE are identified, in order to be able to define significant areas of innovation for future projects. PALABRAS CLAVE Offshore, eólica flotante, impacto de innovaciones, LCOE 5 LISTA DE ACRÓNIMOS AEP Annual Energy Production - producción anual de energía AHTS Anchor handling and tug supply – buque de manejo de anclas CAPEX Capital expenses – costes totales de construcción / de capital CFD Computational Fluid Dynamics – mecánica de fluidos computacional CRI Commercial Readiness Index D&D Diseño y desarrollo DECEX Decommissioning expenses – costes de desmantelamiento FCB Factor de carga bruto LCOE Levelized Cost of Energy – coste nivelado de la energía M€ Millones de euros O&M Operación y Mantenimiento OPEX Operational expenses – costes de operación ROV Remotely Operated Vehicle – vehículo operado remotamente RNA Rotor nacelle assembly – conjunto rotor góndola T&I Transporte e Instalación TLP Tension Leg Platform – plataforma de líneas tensionadas TRL Technology Readiness Level - nivel de madurez tecnológica WACC Weighted Average Cost of Capital 6 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: TRL de subestructuras para eólica flotante [1] .............................................................. 9 Figura 2: Evolución histórica del LCOE en eólica ( [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]) ......... 10 Figura 3: Fórmula y parámetros para el cálculo del LCOE........................................................... 13 Figura 4: Descripción gráfica del LCOE [4] ................................................................................... 14 Figura 5: Diagrama de proceso simplificado de la fase 2 de la entrevista [4] ............................. 15 Figura 6: Estructura de la herramienta de cálculo de costes y evaluación de innovaciones ...... 16 Figura 7: Formulario de un nuevo análisis de sensibilidad ......................................................... 16 Figura 8: Estructura de la ventana Evaluación de innovaciones ................................................. 17 Figura 9: Diagrama explicativo de la incorporación el modelo tecno económico de la evaluación del impacto de una innovación ................................................................................................... 17 Figura 10: Diagrama de un parque eólico flotante y sus componentes (adaptado de BOEM [31]) ..................................................................................................................................................... 18 Figura 11: Desglose de costes de construcción ........................................................................... 22 Figura 12: Desglose de costes de operación y mantenimiento .................................................. 23 Figura 13: Desglose de costes de desmantelamiento ................................................................. 23 Figura 14: Distribución de los costes de fabricación ................................................................... 24 Figura 15: Sensibilidad del LCOE ante las variables relacionadas con la fabricación .................. 25 Figura 16: Distribución de los costes de transporte e instalación .............................................. 26 Figura 17: Sensibilidad del LCOE ante las variables relacionadas con el transporte e instalación ..................................................................................................................................................... 26 Figura 18: Sensibilidad del LCOE ante las variaciones en los costes de las embarcaciones utilizadas en el transporte e instalación ..................................................................................... 27 Figura 19: Sensibilidad del LCOE ante las variables relacionadas con el mantenimiento .......... 28 Figura 20: Sensibilidad de la AEP ante factores que afectan a la disponibilidad del parque ...... 29 Figura 21: Estudio de sensibilidad de la producción anual de energía ....................................... 30 Figura 22: Sensibilidad del LCOE ante la producción anual de energía ...................................... 30 Figura 23: Sensibilidad del LCOE ante el número de aerogeneradores del parque.................... 31 Figura 24: Sensibilidad del LCOE ante la vida útil del parque ..................................................... 31 Figura 25: Sensibilidad del LCOE ante la tasa de descuento ....................................................... 32 Figura 26: Participantes y empresas y entidades interesadas en el proyecto MATHEO ............ 34 Figura 27: Definiciones de los distintos TRLs según la Comisión Europea [34] .......................... 35 Figura 28: Simulación por medio de CFD estudiada en la innovación [35] ................................. 37 7 Figura 29: Valoración del impacto de la innovación I1 por diferentes informantes ................... 38 Figura 30: Variación del LCOE en función de variaciones en los costes de elementos auxiliares de las subestructuras ....................................................................................................................... 41 Figura 31: Variación del LCOE en función de variaciones en el coste de transporte e instalación de los conjuntos aerogenerador-subestructura ......................................................................... 42 Figura 32: Impacto de la innovación I1 sobre el LCOE ................................................................ 42 Figura 33: Proceso de diagnóstico de fallo mediante una red neuronal [36] ............................. 43 Figura 34: Valoración del impacto de la innovación I2 por diferentes informantes ................... 45 Figura 35: Impacto de la innovación I2 sobre el OPEX, AEP y LCOE ............................................ 48 Figura 36: Resultados de la modelización SPH de un ancla de arrastre [37] .............................. 49 Figura 37: Valoración del impacto de la innovación I3 por diferentes informantes ................... 51 Figura 38: Análisis de sensibilidad de los impactos de la innovación I3 sobre los costes del sistema de fondeo .................................................................................................................................... 55 Figura 39: Análisis de sensibilidad de los impactos de la innovación I3 sobre los costes del sistema de conexión a la red .................................................................................................................... 56 Figura 40: Sensibilidad del LCOE ante diferentes valores de la tasa de descuento .................... 56 Figura 41: Análisis de sensibilidad sobre el LCOE de los impactos propuestos en la innovación I3 ..................................................................................................................................................... 57 Figura 42: Impacto de la innovación I3 sobre el LCOE ................................................................ 59 Figura 43: Impacto de las innovaciones desarrolladas en MATHEO sobre el LCOE, CAPEX, OPEX, DECEX y AEP ................................................................................................................................ 60 Figura 44: Diagrama de Gantt del proyecto ................................................................................ 62 Figura 45: Uso horario de los recursos ........................................................................................ 62 Figura 46: Costo horario de los recursos ..................................................................................... 63 8 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (1/3) ...... 19 Tabla 2: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (2/3) ...... 20 Tabla 3: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (3/3) ...... 21 Tabla 4: Panel de expertos para la innovación I1 ........................................................................ 37 Tabla 5: Aceptación o rechazo de los impactos potenciales de la innovación I1 ....................... 40 Tabla 6: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I1 y su cuantificación ............. 41 Tabla 7: Panel de expertos para la innovación I2 ........................................................................ 44 Tabla 8: Aceptación o rechazo de los impactos potenciales de la innovación I2 ....................... 46 Tabla 9: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I2 y su cuantificación ............. 48 Tabla 10: Panel de expertos para la innovación I3...................................................................... 50 Tabla 11: Aceptación o rechazo de los impactos potenciales de la innovación I3 ..................... 52 Tabla 12: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I3 y su cuantificación ........... 54 Tabla 13: Costo de los recursos ................................................................................................... 63 Tabla 14: Presupuesto del proyecto ........................................................................................... 63 Tabla 15: Ejemplo de análisis de sensibilidad realizado en la herramienta utilizada ................. 70 Tabla 16: Ejemplo evaluación del impacto de una innovación realizado en la herramienta utilizada ....................................................................................................................................... 70 9 1 INTRODUCCIÓN A LA EVOLUCIÓN DE LA EÓLICA FLOTANTE Y SU CONTEXTO En esta sección se va a presentar la evolución experimentada por el sector eólico flotante y el papel que juegan las innovaciones en su desarrollo. 1.1 EVOLUCIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA FLOTANTE La energía eólica está experimentando una transición hacia la eólica offshore, fija al fondo y flotante, en busca de velocidades de viento mayores y más constantes. En Europa se está desarrollando la eólica offshore fija al fondo aprovechando la gran plataforma continental del Mar del Norte y el Báltico, pero el 80% del recurso eólico marino se encuentra a más de 60 metros de profundidad [1], y en particular en la península Ibérica es necesaria la implantación de subestructuras flotantes para aprovechar este recurso. En 2017 se consideró que tanto las tecnologías semisumergibles como las tipo spar contaban con prototipos probados y que por lo tanto su Technology Readiness Level (TRL) era superior a 8, mientras que para las subestructuras tipo barge y TLP aún no se había alcanzado este nivel de TRL [1]. Como se puede ver en la figura, las barge ya están también en ese nivel de TRL, gracias al despliegue del prototipo de IDEOL en Francia y en Japón. El Commercial Readiness Index (CRI) es un parámetro desarrollado por la Agencia Australiana de Energías Renovables que evalúa la madurez comercial de tecnologías de generación de energía [2], y se considera que en la actualidad para el sector eólico flotante se cuenta con un CRI2 [3], lo que supone que la tecnología está lista para llevar a cabo ensayos a escala comercial. Figura 1: TRL de subestructuras para eólica flotante [1] Pero para que esta tecnología sea competitiva frente al resto de tecnologías de generación de energía renovable ha de reducir sus costes. El LCOE (Levelized Cost Of Energy) representa el TRL DE SUBESTRUCTURAS FLOTANTES 16 Finalmente, la herramienta desarrollada en Microsoft Excel y Visual Basic implementa la metodología de modelización de costes, producción de energía y LCOE, y permite acoplar la metodología de modelización del impacto de innovaciones y llevar a cabo análisis de sensibilidad. Figura 6: Estructura de la herramienta de cálculo de costes y evaluación de innovaciones La herramienta es una hoja Excel en la que se navega por diferentes ventanas. En este trabajo se utilizan principalmente las ventanas de análisis de sensibilidad y de evaluación de las innovaciones. La ventana de análisis de sensibilidad permite estudiar la sensibilidad el LCOE o de costes locales de los elementos ante posibles variaciones inducidas por las innovaciones. Esta ventana utiliza la ayuda de un formulario para determinar qué variable se desea variar y cómo se quieren mostrar los resultados. Figura 7: Formulario de un nuevo análisis de sensibilidad En cuanto a la ventana de evaluación del impacto de innovaciones, el objetivo de ésta es que la evaluación del impacto sobre el LCOE y otras variables indicadas por el usuario sea automática y no comprometa la integridad de la herramienta manteniendo los valores base intactos para poder evaluar diferentes innovaciones en la misma herramienta. La zona de evaluación está 17 compuesta por dos tablas: una en la que se especifican los parámetros sobre los que tiene impacto la innovación de forma directa y cuantificable (información obtenida siguiendo el protocolo descrito en [4]), y otra en la que se indican las variables sobre las que se quieren obtener los resultados del impacto. Figura 8: Estructura de la ventana Evaluación de innovaciones En el ANEXO II – ejemplos de la utilización de la herramienta se recoge un ejemplo de los resultados devueltos por la herramienta en un análisis de sensibilidad, y un ejemplo de la utilización de la ventana de evaluación de innovaciones. Para calcular el impacto de una innovación sobre el LCOE se incorpora la información obtenida durante la evaluación descrita en el protocolo a través de las entrevistas realizadas al panel de expertos al modelo tecno económico a través de la ventana de Evaluación de innovaciones de la herramienta. Figura 9: Diagrama explicativo de la incorporación el modelo tecno económico de la evaluación del impacto de una innovación EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE UNA INNOVACIÓN SOBRE EL LCOE Incorporación al modelo de costes y prodcucción de energía Cálculo del impacto de la innovación sobre el LCOE a través de la herramienta 18 4 ESTADO DEL ARTE RELATIVO A LAS INNOVACIONES EN EÓLICA OFFSHORE En este capítulo se incluyen los tres principales estudios sobre innovaciones relacionadas con la eólica offshore y en concreto con la eólica flotante, y se señalan las áreas de innovación destacadas en esos estudios. 4.1 ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE INNOVACIONES La referencia principal en relación con la valoración de innovaciones en eólica flotante es EIT InnoEnergy en [20], donde recoge y analiza innovaciones en este sector en particular cuantificando su impacto sobre el LCOE. Esta entidad, además de preparar el informe [20] relativo a energía eólica flotante, ha preparado informes de la misma índole para la energía eólica offshore de base fija [21], la energía eólica onshore [22], y las energías solares térmica [23] y fotovoltaica [24], utilizando en todos los casos el LCOE como indicador para evaluar el impacto de innovaciones. IRENA (International Renewable Energy Agency) publica Innovation Outlooks relacionados con la generación de energía renovable (ver [25], [26], [27] y [28]), y en concreto en [29] recoge un detallado análisis del impacto de innovaciones clave en eólica offshore sobre el LCOE. En tercer lugar, en [30] se encuentra una base de datos generada por ORE Catapult en colaboración con la industria y la academia que registra los desafíos a los que se enfrenta la energía eólica offshore y las formas de resolverlos. Incluye además el impacto sobre el LCOE y proyectos concretos que apoyan las áreas de investigación. 4.2 ÁREAS DE INNOVACIÓN EN ENERGÍA EÓLICA FLOTANTE En este apartado se recogen los resultados de la búsqueda bibliográfica sobre innovaciones en eólica flotante. Las referencias consultadas son [20], [29] y [30], y en la Tabla 1, Tabla 2 y Tabla 3 se recogen las innovaciones relevantes que, o bien se están explorando, o bien su investigación impactará de forma positiva al desarrollo de la eólica flotante de acuerdo con estas tres referencias. Figura 10: Diagrama de un parque eólico flotante y sus componentes (adaptado de BOEM [31]) 19 Para todas las innovaciones se ha estudiado si tienen impacto sobre el diseño y desarrollo del parque (D&D), sobre la fabricación, transporte e instalación de los componentes (FAB y T&I), sobre la operación y mantenimiento (O&M), o sobre el desmantelamiento (DESMANT). En caso de que el impacto sea directo sobre uno o varios de los elementos del parque también se señala, de modo que la columna AERO hace referencia a los aerogeneradores del parque, SUBESTR a las subestructuras, SISTFON a los sistemas de fondeo, y RED a los diferentes elementos del sistema de conexión a la red que incluyen el cableado inter-array y de exportación y la subestación. Tabla 1: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (1/3) INNOVACIÓN D&D FAB y T&I O&M DESMANT AERO SUBESTR SISTFON RED referencias KIC [20] IRENA [29] ORE C. [30] Mejoras en la monitorización oceánica 1 1 1 0 0 0 0 0 Plataforma unificada de información del ciclo de vida 1 1 1 0 0 0 0 0 Utilización de inteligencia artificial, Deep Learning, Big Data e IoT a lo largo de todo el ciclo de vida del parque 1 1 1 0 0 0 0 0 Desarrollo de materiales alternativos 1 1 1 0 0 0 0 0 Diseño más específico del cableado en función de las necesidades del cliente y del emplazamiento 1 1 0 0 0 0 0 1 Enfoque holístico del diseño de las torres y subestructuras flotantes 1 0 0 0 1 1 0 0 Mejoras en el conocimiento de la interacción fondo-estructura y el comportamiento de la corrosión 1 0 0 0 0 1 1 0 Optimización del diseño las subestructuras flotantes alejándose de las tendencias de la industria de O&G 1 0 0 0 0 1 0 0 Mejoras en las prospecciones geofísicas y geotécnicas para la caracterización del fondo marino 1 0 0 0 0 0 1 1 Mejoras en el diseño de sistemas de fondeo 1 0 0 0 0 0 1 0 Mejoras en el diseño de cables dinámicos 1 0 0 0 0 0 0 1 Mejoras en el diseño de subestaciones flotantes 1 0 0 0 0 0 0 1 Optimización multivariable del layout del parque 1 0 0 0 0 0 0 0 Caracterización avanzada del recurso eólico 1 0 0 0 0 0 0 0 Mayor optimización durante la fase de D&D 1 0 0 0 0 0 0 0 Mejoras en estaciones meteorológicas flotantes (LiDAR) 1 0 0 0 0 0 0 0 Reducción en duración de los estudios de impacto ambiental para parques eólicos flotantes 1 0 0 0 0 0 0 0 Diseño orientado a la integración de la acuicultura 1 0 0 0 0 0 0 0 Desarrollo de plataformas hibridas 1 0 0 0 0 0 0 0 Consolidación del gran número de diseños resultando en los diseños más prometedores 1 0 0 0 0 0 0 0 20 Tabla 2: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (2/3) INNOVACIÓN D&D FAB y T&I O&M DESMANT AERO SUBESTR SISTFON RED referencias KIC [20] IRENA [29] ORE C. [30] Mejoras en la logística portuaria y adaptación a puertos genéricos 0 1 1 1 0 0 0 0 Reducción de los tiempos de (des)conexión de cables y líneas de fondeo a la plataforma mediante mejoras en los diseños 0 1 1 1 0 0 0 0 Avances en el izado de componentes pesados 0 1 1 0 1 0 0 0 Recubrimientos avanzados para subestructuras 0 1 1 0 0 1 0 0 Mejoras en la calidad de la instalación de cables submarinos 0 1 1 0 0 0 0 1 Reducción del tiempo de instalación de los cables submarinos 0 1 1 0 0 0 0 1 Optimización del ensamblaje offshore 0 1 1 0 0 0 0 0 Mejoras en embarcaciones flotantes de izado de cargas pesadas para la optimización de la instalación y de las intervenciones de mantenimiento 0 1 1 0 0 0 0 0 Mejoras en las condiciones bajo las que se puede llevar a cabo la instalación de los aerogeneradores 0 1 0 0 1 1 0 0 Avances en el transporte e instalación de subestructuras 0 1 0 0 0 1 0 0 Mejoras en la fabricación de subestructuras flotantes (tanto existentes como rupturistas) 0 1 0 0 0 1 0 0 Mejoras en la instalación de subestaciones offshore 0 1 0 0 0 0 0 1 Diseño de estrategias de instalación rupturistas 0 1 0 0 0 0 0 0 Mejoras en la organización de la construcción del parque 0 1 0 0 0 0 0 0 Aumento de la proporción de la puesta en marcha realizada en tierra 0 1 0 0 0 0 0 0 Optimización de la inspección y reparación de palas 0 0 1 0 1 0 0 0 Mejoras en la integración a la red 0 0 1 0 0 0 0 1 Mejoras en la previsión meteorológica 0 0 1 0 0 0 0 0 Optimización del mantenimiento basado en la salud de los componentes en lugar de basado en tasas de fallo temporales 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en la organización del mantenimiento de parques muy lejanos a tierra en relación con el transporte y alojamiento del personal 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en el transporte del personal al emplazamiento y su acceso a las estructuras 0 0 1 0 0 0 0 0 Introducción del mantenimiento remoto y automatizado 0 0 1 0 0 0 0 0 21 Tabla 3: Innovaciones relevantes en el sector eólico flotante según [20], [29] y [30] (3/3) INNOVACIÓN D&D FAB y T&I O&M DESMANT AERO SUBESTR SISTFON RED referencias KIC [20] IRENA [29] ORE C. [30] Introducción del control del parque desde una estrategia holística 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en el mantenimiento correctivo de grandes componentes 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en el control de la salud estructural de todos los componentes del parque 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en la gestión del inventario en relación con las intervenciones de mantenimiento 0 0 1 0 0 0 0 0 Herramientas de planificación de intervenciones de mantenimiento rupturistas, incluyendo el personal y embarcaciones necesarias 0 0 1 0 0 0 0 0 Reducción en los costes de acceso mediante helicópteros 0 0 1 0 0 0 0 0 Desarrollo de embarcaciones de trabajo de nueva generación 0 0 1 0 0 0 0 0 Mejoras en la comunicación y transmisión de información 0 0 1 0 0 0 0 0 Utilización de soluciones robóticas y sistemas autónomos para optimizar el mantenimiento y operación del parque 0 0 1 0 0 0 0 0 Diseño de herramientas dirigidas a la reducción de riesgos laborales 0 0 1 0 0 0 0 0 Eliminación de inspecciones directas por parte de operarios que constituyan alto riesgo como inspecciones submarinas y a grandes alturas 0 0 1 0 0 0 0 0 Control remoto por satélite 0 0 1 0 0 0 0 0 Orientación del desmantelamiento hacia la recuperación y reciclaje de materiales 0 0 0 1 0 0 0 0 Planificación del parque eólico de acuerdo con un posible repowering 0 0 0 1 0 0 0 0 Optimización en el diseño de componentes clave del aerogenerador adaptándolos a aplicaciones flotantes 0 0 0 1 0 0 0 Facilitación de la extracción del cableado submarino y sistemas de fondeo 0 0 0 0 0 1 2 Optimización de los requerimientos de sepultura de cables 0 0 0 0 0 0 1 Uso de HVAC tanto en el cableado inter-array como en el cable de evacuación con el objetivo de reducir pérdidas 0 0 0 0 0 0 1 Producción de hidrógeno verde 0 0 0 0 0 0 1 Almacenamiento de energía en los propios aerogeneradores 0 0 0 0 0 0 0 1 22 5 IDENTIFICACIÓN Y ANÁLISIS DE VARIABLES CRÍTICAS DEL LCOE El objetivo de este capítulo es el estudio de las variables que juegan un papel en la definición del LCOE con el propósito de poder definir áreas de innovación significativas para futuros proyectos. 5.1 ESTUDIO GENERAL DE LOS COSTES EN UN PARQUE EÓLICO FLOTANTE En este apartado se presenta un estudio general de los costes en un parque eólico flotante para aportar contexto y orientar la selección de variables en el apartado 5.2. Los costes incurridos durante la vida de un parque eólico general son los de construcción desde la fase de diseño y desarrollo del parque hasta la puerta en marcha, los de operación y mantenimiento durante el funcionamiento del parque, y los de desmantelamiento al finalizar su vida útil. Los costes de construcción, conforme al modelo tecno económico desarrollado en [4], se pueden desglosar según la Figura 11. Los costes de fabricación son los más significativos, siendo los aerogeneradores y las subestructuras los elementos más costosos del parque. En cuanto al transporte e instalación, este supone casi un 13% del CAPEX siendo de nuevo los aerogeneradores y subestructuras los elementos que suponen un mayor coste en esta fase de construcción, aunque para el sistema de conexión a la red estos costes también son significativos por la complejidad de la instalación del cableado submarino principalmente. Los sistemas de fondeo son los elementos principales del parque que menor coste suponen, en comparación con el resto, tanto para su fabricación como para su transporte e instalación. Figura 11: Desglose de costes de construcción D&D 6,00% TRANSPORTE E INSTALACIÓN 12,97% FABRICACIÓN 81,03% CONJUNTO AERO/SUBESTRUCTURA 6,54% SISTEMA DE FONDEO 1,49% CONEXIÓN A LA RED 4,94% ÁREA 0,06% AEROGENERADORES 29,65%SUBESTRUCTURA 35,00% SISTEMA DE FONDEO 2,61% CONEXIÓN A LA RED 13,70% CAPEX 23 En cuanto a los costes de operación y mantenimiento incurridos durante el funcionamiento del parque eólico flotante, y también conforme con [4], se pueden desglosar según lo presentado en la Figura 12. Los aerogeneradores acaparan la mayor parte del presupuesto de mantenimiento con más de un 70%, seguidos de las subestructuras y de los sistemas de fondeo. Por lo general, las operaciones de mantenimiento del sistema de conexión a la red son las más costosas de forma individual, pero dado que para el resto de los elementos las intervenciones se multiplican por el número de aerogeneradores del parque su coste total es muy superior. Figura 12: Desglose de costes de operación y mantenimiento Los costes de desmantelamiento, según lo propuesto por el modelo tecno económico desarrollado en [4], están directamente relacionados a los costes de transporte e instalación para cada elemento principal del parque. Se desglosan tal y como se muestra en la Figura 13, pero como son función de los costes de instalación no se va a estudiar la identificación de sus variables críticas ya que éstas serán las mismas que para los costes de T&I. Figura 13: Desglose de costes de desmantelamiento OPERACIÓN 5,00% AEROGENERADORES (MANT.) 72,37% SUBESTRUCTURAS (MANT.) 13,43% SISTEMAS DE FONDEO (MANT.) 8,12% CONEXIÓN A LA RED (MANT.) 1,08% OPEX CONJUNTO AERO/SUBESTRUCTURA (total parque) 62,34% SISTEMA DE FONDEO (total parque) 18,25% CONEXIÓN A LA RED 19,41% DECEX 24 5.2 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES CRÍTICAS Las variables críticas que se van a estudiar son las relativas a la fabricación, al transporte e instalación, al mantenimiento, las relacionadas con parámetros temporales y financieras. Las variables críticas serán las susceptibles a variaciones que pueden causar cambios significativos en los costes, la producción de energía y sobre el LCOE. 5.2.1 Fabricación En esta sección se van a comparar las variables relacionadas con los costes de fabricación de cada elemento. Teniendo en cuenta el desglose de costes de la Figura 11 se puede prever que los costes de fabricación serán más sensibles a variaciones en los costes de fabricación en las subestructuras y los aerogeneradores. En la Figura 14 se desglosan los costes de fabricación por elementos. Figura 14: Distribución de los costes de fabricación En comparación con los demás elementos del parque los aerogeneradores son los más avanzados tecnológicamente, ya que el sector dispone del know-how tanto de la eólica onshore como de la offshore de base fija. El diseño de aerogeneradores es dinámico y susceptible a mejoras, pero no se comparará con el resto de los elementos del parque por encontrarse en una situación tecnológica mucho más avanzada, de modo que sus costes son menos susceptibles a variaciones. En la Figura 15 se recoge el estudio de la sensibilidad del LCOE ante variaciones en las diferentes variables de coste para cada elemento. Destaca el coste de la fabricación de las subestructuras ÁREA 0,08% AEROGENERADORES 36,59% SUBESTRUCTURA 43,20% SISTEMA DE FONDEO 3,22% CONEXIÓN A LA RED 16,91% Góndola 27,04% Rotor 2,16% Torre 4,37% Elementos auxiliares 3,02% Estructura 41,04% Lastre 0,00% Elementos auxiliares 2,16% Líneas de fondeo 2,27% Anclas 0,95% Cableado dinámico 3,25% Cableado interarray 0,00% Subestación 12,49% Cable de evacuación 1,17% FABRICACIÓN 25 en relación con su peso como el factor más influyente sobre el LCOE, comprensible sabiendo que es el principal coste de construcción, de modo que optimizaciones porcentuales en su coste tendrán el mayor impacto sobre los costes totales de fabricación. Las innovaciones relacionadas con la fabricación de los sistemas de fondeo son las que tendrán un menor impacto sobre los costes totales, y, por tanto, sobre el LCOE. Figura 15: Sensibilidad del LCOE ante las variables relacionadas con la fabricación 5.2.2 Transporte e instalación Para identificar las variables críticas relacionadas con el transporte e instalación se ha de estudiar qué tipo de buques son necesarios en el caso particular de cada elemento. Por una parte, se puede estudiar la distribución de los costes por elemento, y por otra la distribución de costes por tipo de barco (la cual no incluye los costes de ensamblaje de los conjuntos aerogenerador-subestructura o de instalación de la subestación). Estos desgloses se muestran en la Figura 16, donde se señala el ensamblado, transporte y acoplamiento de los aerogeneradores y sus subestructuras como los procesos más costosos. Esto está relacionado con el uso de remolcadores y AHTS que son los utilizados en este proceso. -1,00% -0,75% -0,50% -0,25% 0,00% 0,25% 0,50% -20% -15% -10% -5% 0% 5% SENSIBILIDAD DEL LCOE VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS SENSIBILIDAD DEL LCOE Coste por MW de la góndola de un aerogenerador Peso del rotor de un aerogenerador Peso de la torre de un aerogenerador Coste de los elementos auxiliares del aerogenerador Peso de la estructura flotante Coste de los elementos auxiliares de la subestructura Peso de un ancla Peso de una línea de fondeo Longitud del cableado dinámico Coste por MW asociado a la fabricación de la subestación Longitud del cable de evacuación 32 5.2.5.3 Tasa de descuento En cuanto a la tasa de descuento, este es el factor que sin lugar a duda mayor impacto tiene sobre el LCOE. Una variación de dos puntos porcentuales en la tasa de descuento llega a tener un impacto sobre el LCOE de prácticamente un 15% (ver Figura 25). La tasa de descuento se utiliza para descontar flujos de caja futuros a su valor actual y representa en cierta medida la percepción del riesgo. Para la energía eólica offshore se encuentra entre el 10% y el 14% [32], aunque también se consideran valores menores, entorno al 6% [33] [15]. Figura 25: Sensibilidad del LCOE ante la tasa de descuento La tasa de descuento se suele relacionar con el Weighted Average Cost of Capital (WACC). El cálculo del WACC es función del coste de la deuda y de la inversión estimados, y de la proporción de los costes financiados con deuda y con inversión. 5.3 RECOMENDACIONES PARA LA DEFINICIÓN DE FUTURAS ÁREAS DE INVESTIGACIÓN Como conclusión, en este apartado se señalan las variables que se han considerado más significativas: 1. Fabricación: - Una reducción del peso de la subestructura flotante del 10% puede suponer una reducción del LCOE de entorno al 3,5%, por lo que se recomienda encarecidamente destinar recursos a la optimización de su diseño. - El cableado dinámico es muy extenso por lo que un buen diseño del array puede suponer una reducción en los costes significativa. Optimizaciones en la distribución del cableado dinámico han de realizarse en concordancia con el riesgo asumible por la desconexión de filas de aerogeneradores en caso de fallos en este cableado. 2. Transporte e instalación: - El transporte y acoplamiento de los conjuntos aerogenerador-subestructura es el proceso más costoso en esta fase de la construcción del parque, pero su optimización 75 95 115 135 155 -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 4% 6% 8% 10% 12% 14% LCOE [E/MWH] SENSIBILIDAD DEL LCOE TASA DE DESCUENTO SENSIBILIDAD DEL LCOE ANTE LA TASA DE DESCUENTO 33 dependerá de factores como la distancia entre el puerto y el emplazamiento o la técnica de izado y transporte utilizada. - Los buques AHTS y los cableros son los que suponen un mayor gasto, por su tiempo de utilización y coste mayor, por lo que reducciones en los tiempos de uso de estos dos buques serán relevantes. 3. Mantenimiento y disponibilidad: - La variable más significativa es la frecuencia de las intervenciones de mantenimiento correctivo, que afecta tanto a los costes de mantenimiento como a la disponibilidad y por ende a la producción de energía. La reducción en la frecuencia del mantenimiento correctivo es absolutamente clave para alcanzar un LCOE menor, ya que se reducirían los costes y se aumentaría la producción de energía. 4. Producción de energía: - El factor de carga bruto juega un papel tan importante como el de la disponibilidad en la producción anual de energía, por lo que la adecuada caracterización del recurso eólico puede contribuir a una reducción en el LCOE a través de una mayor producción energética. 5. Parámetros temporales y financieros: - La extensión de la vida útil de un parque eólico offshore es clave para reducir el LCOE ya que se aumenta considerablemente la producción energética total para una misma inversión inicial, a pesar de que se incurran costes de operación y mantenimiento durante esos últimos años. - Los parámetros financieros, como la tasa de descuento y todas las variables que juegan un papel en su estimación, son determinantes a la hora de calcular el LCOE, por lo que los esfuerzos no relacionados con la ingeniería de la tecnología son esenciales para garantizar el éxito del sector. 34 6 EVALUACIÓN DE LAS INNOVACIONES DESARROLLADAS EN MATHEO En este apartado se va a presentar el proyecto MATHEO, dentro del cual está enmarcado este trabajo y en el cual se han desarrollado las innovaciones que se van a evaluar en este capítulo. 6.1 PROYECTO MATHEO MATHEO es un proyecto financiado por el Gobierno Vasco a través del programa de ayudas a la investigación colaborativa Elkartek en la convocatoria de 2019. Elkartek promueve proyectos de investigación fundamental, es decir, en tecnologías de TRLs bajos. El proyecto lleva como título “Matemáticas inteligentes para eólica offshore”, y los participantes son TECNALIA Research & Innovation desde el área de energías renovables offshore y el área de infraestructuras, el BCAM – Basque Center for Applied Mathematics, el Dpto. De Ingeniería Energética de la UPV/EHU, el Dpto. de Geodinámica de la UPV/EHU, y el Dpto. de Matemáticas también de la UPV/EHU. La planificación inicial del proyecto establecía el inicio en marzo de 2019 y final en diciembre de 2020, con un presupuesto total de 700.000 €. PARTICIPANTES EMPRESAS Y ENTIDADES INTERESADAS Figura 26: Participantes y empresas y entidades interesadas en el proyecto MATHEO El TRL (Tecnology Readiness Level) es un indicador de la madurez de una tecnología, y sigue una escala del 1 al 9 donde el 9 corresponde al nivel máximo de madurez (ver Figura 27). MATHEO se encuentra entre TRLs 1 y 3. Una vez finalizado el proyecto, el objetivo es trasferir los conocimientos a la industria dentro de proyectos con TRLs de 4 a 6 para poder validar los resultados en entornos relevantes, y en un futuro alcanzar TRLs más altos con demostraciones precomerciales y comerciales. 35 Figura 27: Definiciones de los distintos TRLs según la Comisión Europea [34] 6.1.1 Objetivos del proyecto El objetivo del proyecto MATHEO según lo expuesto en la memoria técnica es “desarrollar modelos matemáticos en la frontera del conocimiento que faciliten la caracterización de la interacción de grandes estructuras con el medio [y que] se basan en nuevos enfoques para resolver problemas multi-físicos complejos que aparecen por el aumento de tamaño tanto de los aerogeneradores como de las estructuras soporte en eólica offshore fija y flotante”. En concreto se centra en las interacciones de las estructuras, por una parte, con el sedimento del fondo marino, centrando el estudio en anclas de arrastre y la inserción de pilotes y, por otra parte, con las olas, poniendo el foco en procesos dinámicos y en concreto sobre el rebosamiento. Los modelos matemáticos desarrollados incorporan técnicas de Deep Learning focalizadas en la recogida de información relativa a la operación con el objetivo de aplicarlas en la fase de O&M de los dispositivos. A pesar de que el desarrollo de los modelos se encuentra en TRLs muy bajos, se busca integrarlos con herramientas comerciales utilizadas en el diseño de estructuras offshore. 6.1.2 Innovaciones desarrolladas En el proyecto se han seguido tres líneas de investigación, relacionadas con los siguientes temas: - Caracterización geomecánica de los tipos de fondo marino y modelización de la dinámica, transporte y precipitación de los sedimentos - Modelización acoplada de la interacción fluido/estructura/fondo, particularizada para un ancla de arrastre - Caracterización de los fenómenos del overtopping y crecimiento marino - Modelización mediante análisis de elementos finitos de estructuras offshore de materiales no convencionales - Aplicación de algoritmos Deep Learning al mantenimiento de parques eólicos offshore Las tres innovaciones desarrolladas son las siguientes: ENFOQUES HÍBRIDOS AVANZADOS PARA LA INTERACCIÓN FLUIDO ESTRUCTURA DEEP LEARNING PARA MONITORIZACIÓN INTELIGENTE SPH PARA LA INTERACCIÓN FONDO ESTRUCTURA TRL 1 •Observación de principios básicos TRL 2 •Formulación del concepto tecnológico TRL 3 •Validación experimental del concepto TRL 4 •Validación en laboratorio de la tecnología TRL 5 •Validación de la tecnología en un entorno relevante TRL 6 •Demostración de la tecnología en un entorno relevante TRL 7 •Demostración del prototipo en el entorno de operación TRL 8 •Sistema completo y cualificado TRL 9 •Sistema real probado en el entorno de operación 36 6.2 RESUMEN DEL PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE LAS INNOVACIONES La evaluación del impacto de las innovaciones del proyecto MATHEO se presenta en los apartados 6.3, 6.4 y 6.5, siguiendo en los tres casos el mismo esquema. Primero se introduce el objetivo inicial de la innovación, y después se explica brevemente el desarrollo de la innovación y los resultados obtenidos, con el objetivo de poner la innovación en contexto. En el tercer y último punto se presenta la evaluación de la innovación propiamente dicha: en esta sección se va a presentar en primer lugar al panel de expertos que ha participado en la evaluación del impacto de la innovación; en segundo lugar, la información obtenida de las entrevistas al panel de expertos; y, por último, se realizará un análisis de los resultados obtenidos. 6.3 INNOVACIÓN I1: ENFOQUES HÍBRIDOS AVANZADOS PARA LA INTERACCIÓN FLUIDO ESTRUCTURA 6.3.1 Objetivo inicial de la innovación El objetivo inicial del desarrollo de esta innovación, tal y como se recogía en la memoria técnica del proyecto, era la modelización del “fenómeno de rebosamiento sobre estructuras para eólica offshore y sus efectos en las cargas de diseño mediante enfoques semi-analíticos [y del] fenómeno del crecimiento marino reduciendo las incertidumbres mediante modelos de elementos finitos, […] para la construcción de una base de datos adimensionales implementada en código abierto, acoplable con herramientas para el diseño de estructuras eólicas offshore”, además de la evaluación del “comportamiento de materiales no convencionales mediante modelos de elementos finitos”. 6.3.2 Desarrollo de la innovación De los tres objetivos iniciales de la innovación, solamente se ha estudiado el fenómeno del rebosamiento. La interacción entre las olas y las estructuras en el mar es muy compleja y no es muy conocida para estructuras tanto flotantes como fijas en mar abierto. El rebosamiento de una ola sobre una estructura puede ser de tres tipos: green water, white water y spray. En este caso, se ha estudiado el caudal de rebosamiento en función de las características de la ola y de la estructura. Las herramientas utilizadas han sido un tanque de olas de 12m de largo equipado con un generador de olas, sondas de ultrasonidos y resistivas, y una playa parabólica, y herramientas computacionales de CFD. El modelo estudiado ha sido un cilindro vertical fijo, que en futuras investigaciones pasaría a ser flotante. El desarrollo de la innovación se dividió en dos partes complementarias, una experimental y una computacional. En ambas se definió una relación que permite determinar o predecir el caudal de rebosamiento sobre un cilindro vertical, teniendo en cuenta el efecto de la pendiente de la ola incidente. Los resultados del análisis experimental y computacional se compararon concluyendo que el modelo computacional tendía a predecir más rebosamiento del que se daba a nivel experimental, debido a las propias diferencias de diseño de los dos experimentos. A pesar de ello, los dos resultados presentan la misma tendencia. Quedó validado, por tanto, el modelo de regresión obtenido que permite estudiar el caudal de rebosamiento sobre un cilindro vertical 37 en función del francobordo relativo y la pendiente de ola para diferentes rangos de francobordos relativos. Figura 28: Simulación por medio de CFD estudiada en la innovación [35] 6.3.3 Evaluación del impacto de la innovación 6.3.3.1 Panel de expertos El panel de expertos entrevistado para recabar información sobre la innovación I1 está compuesto por las personas de la Tabla 4. Las entrevistas a estas personas se realizaron durante el mes de febrero de 2021. Tabla 4: Panel de expertos para la innovación I1 Ander Aristondo de Miguel Investigador en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation, y participante en el desarrollo de la innovación Germán Pérez Morán Responsable de proyectos de eólica marina en Tecnalia Research & Innovation y coordinador del proyecto MATHEO Gustavo Adolfo Esteban Alcalá Profesor e investigador en el Departamento de Ingeniería Energética en la Escuela de Ingeniería de Bilbao, y participante en el desarrollo de la innovación Joseba López Mendia Investigador en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation, y experto en modelización tecno económica para la optimización de parques de generación de energía marina Miren Josune Sánchez Lara Ingeniera e investigadora en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation, y experta en diseño estructural de subestructuras fijas y flotantes para eólica offshore Raúl Rodríguez Arias Director técnico (CTO) en NAUTILUS Floating Solutions y responsable de ingeniería marina en Tecnalia Research & Innovation 38 6.3.3.2 Resumen de la información recabada Los impactos potenciales de esta innovación propuestos por las personas entrevistadas son los siguientes: - Variaciones en el diseño de la subestructura - Modificación de la norma - Variaciones en el diseño de los elementos auxiliares - Extensión de la vida útil del parque - Variación del área en puerto necesaria para la fabricación - Variación en el coste del ensamblaje del conjunto aerogenerador-subestructura - Variación en el coste del transporte de las subestructuras - Variación en el diseño del sistema de fondeo - Variaciones generales en el mantenimiento No todos los informantes han coincidido sobre los impactos de la innovación, y en este caso incluso se han dado contradicciones. En la Figura 29 se recoge el apoyo o rechazo de diferentes informantes a los distintos impactos propuestos. Destacan los impactos sobre el diseño de la subestructura y los elementos auxiliares de la misma, y sobre la normativa. Figura 29: Valoración del impacto de la innovación I1 por diferentes informantes Además de la proposición de estos impactos, se han señalado algunas valoraciones relativas a esta innovación, en cuanto a su aplicabilidad u otros aspectos relacionados con ella: DISEÑO DE LA SUBESTRUCTURA MODIFICACIÓN DE LA NORMA DISEÑO DE LOS ELEMENTOS AUXILIARES VIDA ÚTIL DEL PARQUE ÁREA EN PUERTO NECESARIA PARA LA FABRICACIÓN ENSAMBLAJE DEL CONJUNTO AERO/SUBESTR TRANSPORTE DE LAS SUBESTRUCTURAS DISEÑO DEL SISTEMA DE FONDEO MANTENIMIENTO RECHAZADO ACEPTADO VALORACIÓN DEL IMPACTO DE LA INNOVACIÓN I1 39 Se señala que las variaciones en el diseño de subestructuras flotantes, en cuanto a optimización del tamaño o peso, están limitadas por la normativa impuesta por las sociedades de clasificación, además de otros factores como por ejemplo la altura del buje o la resonancia natural del conjunto. La normativa para plataformas eólicas offshore ha sido heredada del sector de Oil&Gas, en el cual la seguridad de las plataformas ha de ser garantizada en términos mucho mayores en comparación con las plataformas eólicas. En las plataformas de Oil&Gas, por ejemplo, se ha de garantizar la seguridad de las personas que se encuentran permanentemente en la plataforma, y en caso de que ocurra un fallo las consecuencias son gravísimas en términos medioambientales, y ninguno de estos dos casos aplica a la eólica offshore. Por ello, los coeficientes de seguridad fijados para ese sector maduro son muy conservadores. La transferencia del conocimiento al sector eólico offshore ha conllevado la transferencia también de la normativa, pero ésta se encuentra en constante evolución para adaptarse a las características de las plataformas eólicas offshore. Teniendo esto en cuenta, se considera que el aporte de conocimiento a las sociedades de clasificación contribuirá a la reevaluación de los márgenes de seguridad. A pesar de los posibles impactos de la innovación, se cuestiona su impacto real sobre estructuras comerciales ya que las cargas derivadas del overtopping se dan solamente en eventos extremos y puntuales con muy poca frecuencia, además de que otras cargas como las de slamming tienen mucho mayor impacto sobre el diseño de la estructura. Pero también se considera que puede abrir la puerta a otros estudios que tengan en cuenta la posibilidad de permitir el overtopping, en relación con una bajada del centro de gravedad, dando lugar a innovaciones rupturistas. Por otra parte, se relaciona el estudio de la caracterización del overtopping con el estudio de la caracterización del air gap, que también es un fenómeno de interacción ola estructura muy poco conocido. El air gap es un evento que se da cuando una ola pasa por debajo de una estructura y aumenta su altura por la interacción con los diferentes elementos de la estructura. Esta ola aumentada puede chocar con la parte inferior de la estructura dando lugar a fuerzas verticales muy considerables. En la actualidad no se conoce muy bien el fenómeno ni las fuerzas que puede causar, por lo que las estructuras se diseñan directamente para evitarlo a toda costa. Se propone que, si aumentase el conocimiento sobre el air gap, se podrían diseñar estructuras más bajas que soportasen las fuerzas provocadas por esas olas aumentadas, teniendo un impacto potencial, dependiendo de la estructura particular, de hasta una reducción del 10% del tamaño. 6.3.3.3 Valoración del impacto La información aportada por los expertos se trata de forma crítica, y al haber discrepancias respecto al posible impacto de esta innovación, algunas de las propuestas no se han aceptado. Los resultados de esta evaluación se recogen en la Tabla 5. Las razones para no aceptar cuatro de los impactos son las siguientes: - En el caso de la extensión de la vida útil del parque se rechaza esta posibilidad porque se considera que el overtopping no es un fenómeno crítico para la integridad de la estructura por lo que no será determinante en la definición de su vida útil. 40 - En cuanto a la variación del área en puerto necesaria para la fabricación, a pesar de que se pueda reducir el tamaño de las subestructuras, se rechaza que esto conlleve un área de fabricación menor. - También se rechaza que afecte al diseño de otros elementos del parque, como los sistemas de fondeo, ya que se considera que el impacto será íntegramente sobre las estructuras primaria y secundarias de la plataforma flotante. - En el caso del mantenimiento, se rechaza que afecte significativamente. Por una parte, en referencia a la accesibilidad, las condiciones de acceso son muy estrictas y en ningún caso se planificaría una intervención de mantenimiento cuando hubiera posibilidad de rebosamiento. Y, por otra parte, los elementos críticos de mantenimiento son el punto de conexión con la cadena, los fondeos, las esquinas, los tanques de lastre llenados con agua de mar cuyas rejillas de aducción se pueden bloquear por fouling, y la unión de la subestructura con la torre, y ninguno de ellos se ve afectado por el rebosamiento. Tabla 5: Aceptación o rechazo de los impactos potenciales de la innovación I1 Aceptado Variaciones en el diseño de la subestructura Si Modificación de la normativa Si Variaciones en el diseño de los elementos auxiliares Si Extensión de la vida útil del parque No Variación del área en puerto necesaria para la fabricación No Variación en el coste del ensamblaje del conjunto aerogenerador-subestructura Si Variación en el coste del transporte de las subestructuras Si Variación en el diseño del sistema de fondeo No Variaciones generales en el mantenimiento No Los impactos aceptados se evaluarán a continuación en los cinco puntos siguientes. 1. Variaciones en el diseño de la subestructura: Una mejora en el diseño estructural se puede traducir en una reducción de su tamaño o del acero utilizado en la fabricación de la subestructura. Este es un impacto tangible y, a priori, relevante. De acuerdo con la información facilitada, esta variación se cuantifica como una reducción de entre el 5% y el 10% del peso de la subestructura. Este impacto se puede observar a corto plazo. Su aplicabilidad depende de cada diseño particular, y también es importante mencionar que los diseños de las subestructuras están restringidos por otros factores que limitan este impacto. 2. Modificación de la normativa: Un mejor conocimiento de los fenómenos hidrodinámicos, como el overtopping, puede desencadenar una reevaluación de la normativa impuesta por las sociedades de clasificación. Este impacto se considera tangible y a medio plazo (5+ años). Se cuantifica como una reducción del 10% en el CAPEX. 3. Variaciones en el diseño de los elementos auxiliares: Esta innovación afecta al diseño o elección de las estructuras secundarias como boat landings, plataformas de acceso y barandillas, y el posible uso de escotillas no estancas. Los costes que suponen las estructuras auxiliares de la subestructura flotante son muy reducidos, por lo que este impacto se estudia mediante un análisis de sensibilidad. 41 4. Variación en el coste del ensamblaje del conjunto aerogenerador-subestructura: El coste del ensamblaje del conjunto aerogenerador-subestructura es directamente proporcional al peso de la subestructura, y si éste se reduce bien sea a través de una reducción del tamaño o bien a través de una reducción en el uso de acero, el coste del ensamblaje se verá afectado. Por lo tanto, este impacto no se cuantificará directamente ya que está incluido en el punto 1. Variaciones en el diseño de la subestructura. 5. Variación en el coste del transporte de las subestructuras: El hecho de que las subestructuras sean más ligeras o más pequeñas puede facilitar su transporte, pero este impacto depende mucho de las embarcaciones disponibles por lo que su aplicabilidad no está garantizada. El impacto potencial se estudia mediante un análisis de sensibilidad. En la tabla siguiente se recoge un resumen de lo anterior: Tabla 6: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I1 y su cuantificación Impacto Diseño de la subestructura Modificación de la normativa Diseño de los elementos auxiliares Transporte de las subestructuras Tangibilidad SI SI SI SI Cuantificación del impacto Reducción del 5%-10% en peso Reducción del 10% del CAPEX Mediante análisis de sensibilidad Plazo Corto Medio (+5 años) Corto Corto Aplicabilidad Dependiente de la tecnología Depende de los recursos disp. Una reducción del 5% en el peso de la subestructura supone una reducción del CAPEX del 1,95% y del LCOE del 1,71%, mientras que una reducción del 10% supone una reducción del CAPEX del 3,90% y del LCOE del 3,42 %. En cuanto a una reducción del 10% en el CAPEX, supone una reducción en el LCOE del 8,76%. Variaciones en el coste de los elementos auxiliares tienen un efecto bastante pequeño sobre el LCOE a no ser que su reducción sea de más del 30 o del 50% (ver Figura 30). Con reducciones del 30% en su coste se alcanzan reducciones del LCOE de casi 0,5%, y a partir de reducciones del 65% de alcanzan reducciones del LCOE superiores al 1%. Figura 30: Variación del LCOE en función de variaciones en los costes de elementos auxiliares de las subestructuras -1,50% -1,00% -0,50% 0,00% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% VARIACIÓN EN EL LCOE [%] VARIACIÓN EN EL COSTE DE LOS ELEMENTOS AUXILIARES [%] COSTE DE LOS ELEMENTOS AUXILIARES 48 Tabla 9: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I2 y su cuantificación Impacto Organización logística del mant. Sistema de sensorización Extensión de la vida útil Duración de las intervenciones de mant. Tangibilidad SI NO SI SI Cuantificación del impacto Reducción del 25% de la frecuencia de las interv. de mant. correctivo Aumento entre el 20% Reducción del 25% en la duración Plazo Medio Corto Medio Medio Aplicabilidad *** *** *** La mejora en la logística de mantenimiento supone un aumento de la producción anual de energía (AEP) del 1,70% y también tiene como consecuencia un ahorro del 18,87% en el OPEX, lo que en conjunto se traduce en un impacto sobre el LCOE del 3,87%. Por otra parte, la extensión de la vida útil como impacto individual supone una reducción del LCOE del 3,44%. Y finalmente, la reducción en la duración de las intervenciones de mantenimiento supone un aumento de la AEP del 1,45% y una reducción del OPEX del 17,35%, que tiene como resultado una reducción del LCOE del 3,46%. Es importante mencionar que la suma los impactos individuales no equivale al impacto total. Por lo tanto, para la innovación de Deep Learning para monitorización inteligente tenemos un impacto potencial a medio plazo de una reducción del LCOE del 10,03%, con un aumento en la producción anual de energía del 2,93% y un descenso en el OPEX del 19,98%. Figura 35: Impacto de la innovación I2 sobre el OPEX, AEP y LCOE -10,03% -19,98% 2,93% -3,46% -17,35% 1,45% -3,44% 20,00% -3,87% -18,87% 1,70% -25,00% -15,00% -5,00% 5,00% 15,00% 25,00% LCOEOPEXAEP IMPACTO DE LA APLICACIÓN DE DEEP LEARNING PARA MONITORIZACIÓN INTELIGENTE Impacto total Reducc. de la duración de las intervenciones de mant. Extensión de la vida úitl del parque Mejora en la logística de mantenimiento 49 6.5 INNOVACIÓN I3: SPH PARA LA INTERACCIÓN FONDO ESTRUCTURA 6.5.1 Objetivo inicial de la innovación El objetivo inicial del desarrollo de esta innovación, tal y como se recogía en la memoria técnica del proyecto, era la modelización del “fondo marino como como un fluido no Newtoniano mediante métodos Lagrangianos de partículas SPH, utilizando enfoques mesoscópicos y macroscópicos”, la validación de “las características reológicas y viscométricas de varios tipos de fondos, identificando cuales son las características que más afectan al diseño de componentes en el subsistema de anclaje y cimentación”, la verificación experimental de “los modelos SPH y la interacciones con varios tipos de anclajes y cimentaciones” y la extrapolación de “los modelos desarrollados (diagnosis) de anclas y otras estructuras a escalas más grandes”. 6.5.2 Desarrollo de la innovación En eólica offshore el estudio de los sedimentos no consolidados, que son los más difíciles de caracterizar, se realiza mediante estudios geotécnicos mediante el estudio de la geofísica del terreno y de perforaciones submarinas que permitan obtener información de las capas profundas del fondo marino. Estos estudios geotécnicos se basan en propiedades ingenieriles y mecánicas, pero son aproximaciones simplificadas ligadas a grandes incertidumbres sobre el comportamiento real del terreno. En el caso de esta innovación, se buscaba estudiar la reología de los sedimentos para comprender cómo se comportan en su interacción con las anclas. Los modelos reológicos buscan el poder estudiar, entre otros fenómenos, la presión de poros interna y el efecto de la columna de agua sobre el terreno, que no se evalúan con las técnicas tradicionales. Figura 36: Resultados de la modelización SPH de un ancla de arrastre [37] Los fluidos de los sedimentos no consolidados son altamente no newtonianos, y tienen un comportamiento entre sólido y líquido, por lo que su dinámica es muy compleja. Se puede afrontar el problema de la modelización desde el punto de vista microscópico o macroscópico. En eólica offshore interesa solucionar problemas a escala macroscópica, para la interacción de 50 grandes elementos con el fondo marino, por lo que el uso de las metodologías microscópicas ya desarrolladas supone un problema computacional. Por lo tanto, esta innovación propone el uso del método SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) para la discretización del modelo macroscópico continuo basado en derivadas parciales de velocidad, presión y concentración de tensiones. Este modelo SPH viscoplástico es Lagrangiano y meshless, lo que presenta la ventaja del acceso a la memoria del flujo y sus cambios históricos y evita problemas de distorsión del mallado. En el desarrollo de la innovación se ha simulado el modelo de un ancla de arrastre mediante un disco plano que se mueve dentro del fluido, estudiando la orientación del disco, la fuerza de tensión en la dirección de la línea de fondeo y la penetración del ancla. Esta innovación daba paso a la consideración de modelos no puramente viscosos, teniendo además en cuenta la heterogeneidad del sedimento, y a la validación de los modelos en laboratorios. 6.5.3 Evaluación del impacto de la innovación 6.5.3.1 Panel de expertos El panel de expertos entrevistado para recabar información sobre la innovación I3 está compuesto por las personas de la Tabla 10. Las entrevistas a estas personas se realizaron durante el mes de febrero de 2021. Tabla 10: Panel de expertos para la innovación I3 Francesco Boscolo Investigador en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation especializado en el diseño de sistemas de fondeo y cableado dinámico Germán Pérez Morán Responsable de proyectos de eólica marina en Tecnalia Research & Innovation y coordinador del proyecto MATHEO Iñigo Mendikoa Investigador en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation experto en el diseño de sistemas de fondeo Joseba López Mendia Investigador en Energías Renovables Offshore en Tecnalia Research & Innovation, y experto en modelización tecno económica para la optimización de parques de generación de energía marina Néstor Vegas Investigador en el Departamento de Geología en la Escuela de Ingeniería de Bilbao, y participante en el desarrollo de la innovación Raúl Rodríguez Arias Director técnico (CTO) en NAUTILUS Floating Solutions y responsable de ingeniería marina en Tecnalia Research & Innovation 51 6.5.3.2 Resumen de la información recabada Los impactos potenciales de esta innovación propuestos por las personas entrevistadas son los siguientes: - Mejoras en el diseño del sistema de fondeo - Variación en las embarcaciones utilizadas durante la instalación de los sistemas de fondeo - Variación en el tiempo de instalación de los sistemas de fondeo - Variaciones en el mantenimiento de los sistemas de fondeo - Variaciones en el proceso de instalación del cable de evacuación - Variaciones en el mantenimiento del cable de evacuación - Variación en la percepción del riesgo de la inversión - Mejoras en otros aspectos logísticos de la instalación - Variaciones en el proceso de desmantelamiento de las anclas - Reducción en la incertidumbre sobre la elección de las anclas y el tiempo de decisión - Extensión de la vida útil del parque Al igual que en las innovaciones I1 e I2, no todos los informantes han coincidido sobre el impacto de la innovación, pero en este caso no se han dado contradicciones. En la Figura 37 se recoge el apoyo o rechazo de diferentes informantes a los distintos impactos propuestos. Destacan los impactos sobre el diseño del sistema de fondeo y su instalación. Figura 37: Valoración del impacto de la innovación I3 por diferentes informantes DISEÑO DEL SISTEMA DE FONDEO BARCOS UTILIZADOS DURANTE LA INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE FONDEO DURACIÓN DE LA INSTALACIÓN DEL SISTEMA DE FONDEO MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE FONDEO INSTALACIÓN DEL CABLE DE EVACUACIÓN MANTENIMIENTO DEL CABLE DE EVACUACIÓN PERCEPCIÓN DEL RIESGO LOGÍSTICA DE LA INSTALACIÓN DESMANTELAMIENTO DEL ANCLA DISEÑO Y DESARROLLO DEL PARQUE EN RELACIÓN CON LA ELECCIÓN DE LOS SISTEMAS DE ANCLAJE AUMENTO DE LA VIDA ÚTIL DEL PARQUE VALORACIÓN DEL IMPACTO DE LA INNOVACIÓN I2 52 Además de la proposición de estos impactos, se han señalado algunas valoraciones relativas a esta innovación, en cuanto a su aplicabilidad u otros aspectos relacionados con ella: Se señala la importancia de conocer la fricción existente entre las líneas de fondeo y el fondo marino, ya que influye sobre la carga que soporta el ancla. Esto se debe a que las tensiones transmitidas por la línea de fondeo provenientes de la estructura no son soportadas en su totalidad por las anclas, sino que el terreno por fricción absorbe parte de esas tensiones. En condiciones extremas, si no existe suficiente rozamiento entre el fondo marino y las cadenas, la plataforma puede derivar resultando en esfuerzos transversales sobre las anclas e incluso roturas en los cables dinámicos. Conocer esta fricción se considera esencial ya que actualmente en las simulaciones se utilizan valores por defecto asociados a gran incertidumbre lo que se traduce en una tendencia hacia el sobredimensionamiento. También se presentan los beneficios sobre la instalación de las anclas de arrastre, sobre las que se hace hincapié al ser las más utilizadas. La instalación se lleva a cabo posando el ancla en el fondo marino y tirando de ella de tal forma que ésta se hinque en el terreno hasta que se detecta en la línea de fondeo la tensión necesaria, habiendo calculado la profundidad del ancla a priori. Como se desconoce el comportamiento de los tipos de suelo, se considera que se suele adoptar una postura conservadora y se tiende a sobredimensionar el ancla. Por otra parte, se señala que esta innovación en más crítica en los casos de eólica de base fija, a pesar de que tanto en fija como en flotante las campañas de estudio del fondo marino pueden alcanzar las decenas de millones de euros. También se sugiere que la relevancia puede ser pequeña, ya que los costes derivados del sistema de fondeo no son muy significativos. 6.5.3.3 Valoración del impacto Todos los impactos sugeridos excepto uno son aceptados, pero hay dos que no se van a valorar. Los resultados de esta evaluación se recogen en la Tabla 11. Tabla 11: Aceptación o rechazo de los impactos potenciales de la innovación I3 Aceptado Mejoras en el diseño del sistema de fondeo Si Variación en las embarcaciones utilizadas durante la instalación de los sistemas de fondeo Si Variación en la duración del tiempo de instalación de los sistemas de fondeo Si Variaciones en el mantenimiento de los sistemas de fondeo Si Variaciones en el proceso de instalación del cable de evacuación Si Variaciones en el mantenimiento del cable de evacuación Si Variación en la percepción del riesgo de la inversión Si Mejoras en otros aspectos logísticos de la instalación No se valora Variaciones en el proceso de desmantelamiento de las anclas Si Reducción en la incertidumbre sobre la elección de las anclas y el tiempo de decisión No se valora Extensión de la vida útil del parque No 53 No se valorarán dos de los impactos por las siguientes razones: - Las mejoras en aspectos logísticos, que no están directamente relacionadas con las embarcaciones utilizadas o con la duración de la instalación, relacionan la utilización de barcos más pequeños con la posibilidad de apoyo en puertos más pequeños, con gente menos especializada para poder realizar las actividades de instalación, y con la posibilidad de un mayor apoyo en la industria local. Estos aspectos son muy difíciles de cuantificar y dependerán mucho de la localización concreta de los puertos y el emplazamiento. Por lo tanto, se acepa la posibilidad de que se den estas mejoras, pero no se van a valorar cuantitativamente. - En cuanto a la reducción de incertidumbre sobre la elección de las anclas y el tiempo de decisión sobre el sistema de fondeo, se acepta este impacto porque una mejora en la caracterización del fondo conlleva una reducción en la incertidumbre y facilita el proceso de decisión de elección de anclas, pero es algo muy difícil de cuantificar de forma rigurosa y por ello no se valorará. En cuanto a la extensión de la vida útil del parque, no se acepta el impacto en este caso porque, según lo indicado en [38], la vida útil de diseño de las anclas ya supera la de la subestructura flotante. Por lo tanto, como la vida útil del parque no está limitada por las anclas, una mejor elección o diseño de estas tampoco podrá extenderla. Los impactos aceptados que se van a valorar se comentan a continuación en los ocho puntos siguientes. 1. Mejoras en el diseño del sistema de fondeo: Una mejor caracterización del fondo marino puede ayudar a definir mejor los requerimientos del ancla y del sistema de fondeo, a través por ejemplo de una mejor definición de las curvas de penetración que den lugar a diseños menos conservadores. Este impacto es tangible y a corto plazo. La reducción del tamaño del ancla que se considera viable es del 5 al 10%. 2. Variación en las embarcaciones utilizadas durante la instalación de los sistemas de fondeo: La elección del barco para la instalación de cadenas y anclas depende de su tamaño, peso, y de la fuerza de arrastre del ancla en el terreno necesaria para realizar la instalación y garantizar un nivel de penetración adecuado. Este impacto es tangible y a corto plazo, y se cuantifica como una reducción entre el 5 y el 10% del coste de las embarcaciones AHTS. 3. Variación en el tiempo de instalación de los sistemas de fondeo: Si el tiempo de instalación está mejor caracterizado porque se sabe cómo se va a comportar un ancla en concreto en el terreno, se pueden ajustar mejor a las ventanas de buen tiempo a la hora de organizar la instalación. Este impacto es tangible, pero no se ha podido cuantificar por lo que se estudia mediante análisis de sensibilidad para valorar su impacto potencial. 4. Variaciones en el mantenimiento de los sistemas de fondeo: Sabiendo cómo se comporta el ancla en el suelo, se puede caracterizar mejor las cargas a las que está sometida, como por ejemplo en situaciones de tormenta en las que el terreno puede licuar y si hay picos de fuerza el ancla se puede mover. De este modo se puede determinar mejor cuando se llegará a una situación crítica. Este efecto se cuantifica mediante análisis de sensibilidad 5. Variaciones en el proceso de instalación del cable de evacuación: Es posible una reducción en los costes de instalación del cable de evacuación, por una buena elección de los barcos, 54 o incluso sustitución del uso de barcos por ROVs para cavar las zanjas en las que se va a sepultar el cable. Este impacto también se estudia mediante análisis de sensibilidad. 6. Variaciones en el mantenimiento del cable de evacuación: Se acepta que se pueda producir una reducción en la frecuencia de los fallos del cableado al poder caracterizar mejor si el cable queda protegido dependiendo de las características reológicas del terreno. De nuevo, este impacto se estudia mediante análisis de sensibilidad. 7. Variación en la percepción del riesgo de la inversión: Al reducirse la incertidumbre el riesgo de la inversión se reduce la tasa de descuento, pero como este es un parámetro económico su variación no está garantizada solamente por avances tecnológicos. Su impacto se estudiar mediante análisis de sensibilidad 8. Variaciones en el proceso de desmantelamiento de las anclas: En general el proceso de desmantelamiento será más sencillo al disponer de mayor conocimiento sobre fenómenos como la succión. La cuantificación de este fenómeno se relaciona con los costes de instalación por lo que se estudiará de ese modo. En la tabla siguiente se recoge un resumen de lo anterior: Tabla 12: Impactos aceptados de la innovación de la innovación I3 y su cuantificación Impacto Diseño del sistema de fondeo Embarcaciones utilizadas en la inst. del sistema de fondeo Tiempo de instalación del sistema de fondeo Mantenimiento del sistema de fondeo Tangibilidad SI SI SI SI Cuantificación del impacto Reducción del 5-10% en el peso del ancla Reducción del coste de un AHTS en el 5-10% Mediante análisis de sensibilidad Mediante análisis de sensibilidad Plazo Corto Corto Corto Corto Aplicabilidad Impacto Instalación del cable de evacuación Mantenimiento del cable de evacuación Percepción de riesgo de la inversión Desmantelamiento de anclas Tangibilidad SI SI SI SI Cuantificación del impacto Mediante análisis de sensibilidad Mediante análisis de sensibilidad Mediante análisis de sensibilidad En relación con los costes de instalación Plazo Corto Corto Medio Largo Aplicabilidad No depende únicamente de la tecnología Una variación de entre el 5% y el 10% en el tamaño del ancla supone una reducción del LCOE de entre el 0,04% y el 0,07%. Y una variación entre el 5% y el 10% del coste de un buque AHTS supone una reducción del LCOE de entre el 0,21% y el 0,42%. Estas reducciones del LCOE son pequeñas, por lo que se realizan análisis de sensibilidad para poder comparar estos dos impactos con los otros cinco con el objetivo de sacar conclusiones relevantes. 55 Anticipando impactos de magnitud variable sobre el LCOE, se estudian los diferentes impactos locales sobre los costes fabricación, transporte e instalación (ligados a los costes de desmantelamiento), y mantenimiento, tanto para los sistemas de fondeo como para el sistema de conexión a la red. En cuanto al impacto local de la innovación sobre los costes del sistema de fondeo, variaciones en variables relacionadas con el transporte e instalación suponen el mayor impacto porcentual sobre esos costes concretos (ver Figura 38). Pero este impacto a priori mayor se puede ver limitado ya que tanto los costes de fabricación como de mantenimiento suponen en ambos casos más del doble de los costes de transporte e instalación. Figura 38: Análisis de sensibilidad de los impactos de la innovación I3 sobre los costes del sistema de fondeo El impacto local de la innovación sobre los costes del sistema de conexión a la red tiene como origen mejoras relacionadas con la instalación y el mantenimiento del cable de evacuación. Destaca impacto de reducciones en el coste de instalación del cable de evacuación sobre el coste total de instalación del sistema de conexión a la red, que es mayor que el impacto de la reducción del mantenimiento correctivo del cable de evacuación sobre los costes totales de mantenimiento para el sistema de conexión a la red (ver Figura 39). -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% -75 % -50 % -25 % 0 % COSTES DE FABRICACIÓN Peso del ancla -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% -75% -50% -25% 0% T&I Tiempo de instalación del sistema de fondeo Coste diario de un AHTS -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% -75% -50% -25% 0% COSTES DE MANTENIMIENTO Frecuencia del mantenimiento correctivo de anclas SENSIBILIDAD DE LOS COSTES DEL SISTEMA DE FONDEO ANTE LOS IMPACTOS PROPUESTOS EN LA INNOVACIÓN I3 56 Figura 39: Análisis de sensibilidad de los impactos de la innovación I3 sobre los costes del sistema de conexión a la red La sensibilidad del LCOE ante los 6 impactos anteriores propuestos depende de las dimensiones de los costes individuales, ya que una reducción del 20% sobre un coste de 100 M€ es más significativa que una reducción del 70% sobre un coste de 20 M€. Por otra parte, las variaciones en la tasa de descuento, que representa la percepción de riesgo, tienen un impacto directo sobre le LCOE, que es muy considerable ya que una tasa de descuento un 1% mayor o menor supone una variación del 7% en el LCOE (ver Figura 40). Figura 40: Sensibilidad del LCOE ante diferentes valores de la tasa de descuento -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% -75% -50% -25% 0% COSTES DE T&I/DECEX Costes de instalación del cable de evacuación -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% -75% -50% -25% 0% COSTES DE MANTENIMIENTO Frecuencia del mantenimiento correctivo del cable de evacuación -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 5% 6% 7% 8% 9% 10% 11% 12% 13% 14% 15% VARIACIÓN EN EL LCOE [%] TASA DE DESCUENTO SENSIBILIDAD DEL LCOE FRENTE A LA TASA DE DESCUENTO SENSIBILIDAD DE LOS COSTES DEL SISTEMA DE CONEXIÓN A LA RED ANTE LOS IMPACTOS PROPUESTOS EN LA INNOVACIÓN I3 57 En la Figura 41 se muestran los resultados del análisis de sensibilidad realizado para los 7 impactos propuestos sobre el LCOE. El efecto de la tasa de descuento sobre el LCOE es con diferencia el más significativo. Como ya se ha mencionado, las variaciones sobre la percepción de riesgo sí que se apoyan en avances tecnológicos, pero no están garantizadas, y además el impacto de una innovación aunque reduzca la incertidumbre puede tener el efecto contrario aumentando el riesgo de la inversión al utilizar tecnologías más novedosas. Si se estudian en detalle el resto de los impactos, se pueden definir las variables respecto a las cuales el LCOE es más sensible. Se trata de estudiar si, a pesar de que los impactos individuales serán pequeños, el impacto conjunto será significativo identificando las variables más críticas. Figura 41: Análisis de sensibilidad sobre el LCOE de los impactos propuestos en la innovación I3 Variaciones en el tamaño del ancla, que se traducen en variaciones en su peso, son las segundas más significativas. A pesar de que se han propuesto variaciones de entre el 5% y el 10%, en función del tipo de sedimentos del fondo marino el peso de un ancla puede variar hasta en un 50%. Variaciones de esta magnitud suponen una reducción de casi el 0,4% en el LCOE. Estas variaciones también se consideran probables y significativas. -5,00% -4,50% -4,00% -3,50% -3,00% -2,50% -2,00% -1,50% -1,00% -0,50% 0,00% -75 % -50 % -25 % 0 % VARIACIÓN EN EL LCOE VARIACIONES EN LOS IMPACTOS PROPUESTOS SENSIBILIDAD DEL LCOE A LOS IMPACTOS PROPUESTOS EN LA INNOVACIÓN I3 Peso del ancla Coste diario de un AHTS Tiempo de instalación del sistema de fondeo Frecuencia del mantenimiento correctivo de anclas Costes de instalación del cable de evacuación Frecuencia del mantenimiento correctivo del cable de evacuación Tasa de descuento 64 8 CONCLUSIONES El objetivo principal de este proyecto era evaluación de las innovaciones desarrolladas en el proyecto MATHEO, utilizando para ello la herramienta acompañada de un protocolo para la evaluación de innovaciones en eólica flotante desarrollada en [4]. Se ha comprobado que la herramienta utilizada es más que adecuada para estudiar y cuantificar el impacto de innovaciones o modificaciones, tanto en el diseño del parque en general como en sus componentes y procesos, sobre el LCOE y otros parámetros relevantes como el CAPEX u OPEX o la disponibilidad y la producción de energía. Además se ha verificado su utilidad a la hora de estudiar la sensibilidad de diferentes parámetros a través del formulario incrustado en la propia herramienta. Al examinar los estudios y el repositorio relativos a innovaciones en eólica offshore se han podido identificar diferentes áreas de innovación relevantes. Estos estudios permiten adquirir una perspectiva global de dónde se encuentra el sector eólico flotante en este momento y cuáles son las carencias que ha de abordar. Las innovaciones propuestas como importantes coinciden con los resultados y las conclusiones extraídas de los análisis de sensibilidad del estudio de las variables críticas. En la tarea de identificación de variables críticas queda en evidencia que en el propio desglose de costes se pueden identificar áreas relevantes en el CAPEX del parque eólico, pero que en el caso del OPEX para poder identificar las actividades o aspectos críticos los análisis de sensibilidad son esenciales. Uno de los resultados más importantes de este estudio es la cuantificación numérica del impacto del mantenimiento correctivo sobre el LCOE, siendo su frecuencia el parámetro más significativo. En cuanto a la valoración del impacto de las innovaciones desarrolladas en el proyecto MATHEO, se señala la importancia de llevar acabo entrevistas a varias personas sobre una misma innovación siendo unas de ellas participantes en el desarrollo de la innovación y otras expertas en su área de aplicación concreta. Los resultados obtenidos en este estudio se consideran satisfactorios y con un adecuado grado de detalle de acuerdo con los requerimientos del proyecto. A modo de resumen, el impacto en el LCOE a medio plazo se puede cuantificar en un 4% para la interacción fondo-estructura, un 8,75% para los modelos para la caracterización del rebosamiento, y un 10% para los algoritmos Deep Learning aplicados a la O&M. 65 9 REFERENCIAS [1] Wind Europe, «Floating Offshore Wind Vision Statement,» 2017. [2] D. de-Jager, «Commercial Readiness Index Assessment, Using the method as a tool in renewable energy policy design,» de NEDO / IEA-RETD Workshop: Insights into Renewable Energy Technology Deployment, Tokyo, 2017. [3] CATAPULT Offshore Renewable Energy, «Floating wind: technology assesment, interim findings,» 2015. [4] A. Escalona-Corral, «Desarrollo de una herramienta para la valoración del impacto de innovaciones en eólica flotante,» Universidad del País Vasco , Bilbao , 2021. [5] IRENA, «Fostering a blue economy: Offshore renewable energy,» International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2020. [6] R. Wiser, K. Jenni, J. Seel, E. Baker, M. Hand, E. 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Frost, «Floating Offshore, 55 technology innovations that will have greater impact on reducing the cost of electricity from European floating offshore wind farms,» BVG Associates & KIC InnoEnergy, 2018. 68 ANEXO I – GUION DE LAS ENTREVISTAS PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE INNOVACIONES ENTREVISTA PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO DE INNOVACIONES Entrevista Fecha Fuente de información Nombre Puesto/Relevancia Contacto Descripción de la innovación y otras consideraciones iniciales: MEJORAS EN ELEMENTOS DEL PARQUE Elemento del parque: ROTOR ESTRUCTURA (SUB) LÍNEAS DE FONDEO CAB. DINÁMICO GÓNDOLA LASTRE ANCLAS CAB. INTER ARRAY TORRE ELEM. AUX (SUBESTR) CAB. EVACUACIÓN ELEM. AUX (AERO) CONJUNTO AERO+SUB SUBESTACIÓN ¿Variación en elementos de costes? SI□ NO □ - Diseño - Fabricación - Instalación y transporte - Mantenimiento - Desmantelamiento MEJORAS EN PROCESOS GENERALES Definición del proceso: ¿Variación en elementos de costes? SI □ NO □ - Parámetros generales - Proceso de diseño y desarrollo - Operación del parque - Mantenimiento PRODUCCIÓN ENERGÉTICA ANUAL ¿Variación en la AEP? SI □ NO □ PARÁMETROS TEMPORALES Y FINANCIEROS ¿Variación en parámetros temporales o financieros? TEMP □ FIN NO □ 69 ELEMENTO/ PROCESO ELEMENTO DE COSTE ORIGEN VARIACIÓN CUANTIFICACIÓN VARIACIÓN COMENTARIOS VARIACIÓN AEP PARÁMETROS TEMPORALES PARÁMETROS FINANCIEROS Otras notas: 70 ANEXO II – EJEMPLOS DE LA UTILIZACIÓN DE LA HERRAMIENTA Tabla 15: Ejemplo de análisis de sensibilidad realizado en la herramienta utilizada Tabla 16: Ejemplo evaluación del impacto de una innovación realizado en la herramienta utilizada Variable Frecuencia del mantenimiento correctivo del cable de evacuación Valor base 0,04 Celda F41 Lim. sup. [%] 0 Lim. inf. [%] 75 Step [%] 5 i Valor Variación [%] LCOE [€/MWh] Variación en LCOE [%] CMred Variación en CMred [%] 0 0,01 -75,00% 122,71 -0,12% 267.170,9 € -3,64% 1 0,012 -70,00% 122,72 -0,11% 267.844,1 € -3,40% 2 0,014 -65,00% 122,73 -0,10% 268.517,2 € -3,16% 3 0,016 -60,00% 122,74 -0,10% 269.190,4 € -2,91% 4 0,018 -55,00% 122,75 -0,09% 269.863,6 € -2,67% 5 0,02 -50,00% 122,76 -0,08% 270.536,7 € -2,43% 6 0,022 -45,00% 122,77 -0,07% 271.209,9 € -2,19% 7 0,024 -40,00% 122,78 -0,06% 271.883,0 € -1,94% 8 0,026 -35,00% 122,79 -0,06% 272.556,2 € -1,70% 9 0,028 -30,00% 122,80 -0,05% 273.229,4 € -1,46% 10 0,03 -25,00% 122,81 -0,04% 273.902,5 € -1,21% 11 0,032 -20,00% 122,82 -0,03% 274.575,7 € -0,97% 12 0,034 -15,00% 122,83 -0,02% 275.248,9 € -0,73% 13 0,036 -10,00% 122,84 -0,02% 275.922,0 € -0,49% 14 0,038 -5,00% 122,85 -0,01% 276.595,2 € -0,24% 15 0,04 0,00% 122,86 0,00% 277.268,3 € 0,00% 16 0,042 5,00% 122,87 0,01% 277.941,5 € 0,24% Valor base: 122,86 Valor base: 277.268,3 € Innovación: ENFOQUES HÍBRIDOS AVANZADOS PARA LA INTERACCIÓN FLUIDO ESTRUCTURA Descripción: Evaluación Parámetros sobre los que tiene impacto Hoja Celda o código Descripción Impacto Valor o variación IN Codigo westructura Peso de la estructura flotante Variacion -0,1 IN Codigo Csubaux Costes de los elementos auxiliares de la subestructura Variacion  -0,5 IN Codigo CITaero Costes asociados a la transporte e instalación del conjunto aerogenerador + subestructura Variacion  -0,1 Impacto de la innovación sobre los resultados Hoja Celda o código Descripción Valor sin innovación Variación Nuevo valor OUT Codigo LCOE Levelized cost of energy 122,858 €/MWh -4,7825% 116,982 €/MWh OUT Codigo CAPEX Costes totales de construcción 1.597.574.751,0 € -5,4134% 1.511.090.868,6 € OUT Codigo OPEX Costes totales de mantenimiento 644.745.448,4 € 0,0000% 644.745.448,4 € OUT Codigo DECEX Costes totales asocaidos al desmantelamiento 117.356.573,96 € -7,6298% 108.402.481,96 € OUT Codigo AEP Producción anual de energía 1767128 0,0000% 1767128 La interacción entre las olas y las estructuras en el mar es muy compleja y no es muy conocida para estructuras tanto flotantes como fijas en mar abierto. En este caso, se ha estudiado el caudal de rebosamiento en función de las características de la ola y de la estructura. Las herramientas utilizadas han sido el tanque de olas de 12m de largo equipado con un generador de olas, sondas de ultrasonidos y resistivas, y una playa parabólica, y herramientas computacionales de CFD. Evaluación Parámetros sobre los que tiene impacto Hoja Celda o código Descripción Impacto Valor o variación IN Codigo CAPEX Costes totales de construcción Variacion -0,1 Impacto de la innovación sobre los resultados Hoja Celda o código Descripción Valor sin innovación Variación Nuevo valor OUT Codigo LCOE Levelized cost of energy 122,858 €/MWh -8,7576% 112,098 €/MWh OUT Codigo CAPEX Costes totales de construcción 1.597.574.751,0 € -10,0000% 1.437.817.275,9 € OUT Codigo OPEX Costes totales de mantenimiento 644.745.448,4 € 0,0000% 644.745.448,4 € OUT Codigo DECEX Costes totales asocaidos al desmantelamiento 117.356.573,96 € 0,0000% 117.356.573,96 € OUT Codigo AEP Producción anual de energía 1767128 0,0000% 1767128