Un investigador de la UPNA logra sistemas más eficientes de energía eólica con aerogeneradores instalados en el mar

El ingeniero industrial Javier Samanes Pascual (Pamplona, 1990), investigador del Instituto de Smart Cities (ISC) de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), ha diseñado un tipo de convertidor de potencia para turbinas eólicas instaladas en el mar que mejora la eficiencia y la estabilidad de su conexión a la red eléctrica, a la que dichos aerogeneradores vierten la energía producida, tal como recoge su tesis doctoral, defendida en la institución académica.

Esta tecnología, apostando por la redundancia, reduce también los costes de mantenimiento de los equipos de aerogeneradores, que, al tratarse de parques eólicos marinos, necesitan de barcos para estas tareas.

Un investigador de la UPNA logra sistemas más eficientes de energía eólica con aerogeneradores instalados en el mar

"El convertidor de potencia es el encargado de controlar la potencia eléctrica generada por la máquina, en este caso, el aerogenerador o turbina eólica situado en el mar, y adaptarla a los requisitos de la red eléctrica a la que se vierte la energía generada", señala en una nota el autor de la tesis doctoral, que ha sido calificada con sobresaliente 'cum laude'. "Sin embargo, estos equipos tienen limitaciones en cuanto a la corriente máxima que pueden manejar, restricciones introducidas por los semiconductores de los que se componen los convertidores", explica.

El autor de la investigación recurrió, por ello, al empleo de convertidores de potencia en paralelo. "Al poner varios convertidores en paralelo, se consigue aumentar la corriente que puede manejar el convertidor y así se alcanzan los niveles de corriente requeridos por los aerogeneradores actuales", afirma Javier Samanes, que forma parte del Grupo de investigación en Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables (INGEPER) de la UPNA.

"No hay que olvidar que la potencia de las turbinas eólicas instaladas en el mar, en lo que se denomina energía eólica 'offshore', ha crecido de forma sostenida en los últimos años, hasta alcanzar en la actualidad potencias en el rango de entre diez y doce megavatios. Estos niveles de potencia se generan en baja tensión, a 690 voltios, lo que implica grandes niveles de corriente", destaca.

Esta tecnología, apostando por la redundancia, reduce también los costes de mantenimiento de los equipos de aerogeneradores, que, al tratarse de parques eólicos marinos, necesitan de barcos para estas tareas.

Además, según este investigador, utilizar convertidores en paralelo ofrece un beneficio adicional: la redundancia. "Si se disponen varios equipos en paralelo, en caso de que uno de ellos falle, se puede continuar operando la turbina a potencia reducida. Esta característica es especialmente importante en la energía eólica 'offshore', ya que el mantenimiento es uno de los aspectos que más encarecen el precio de la energía, puesto que se necesitan barcos para dichas tareas", añade el investigador, cuya tesis doctoral ha sido dirigida por Eugenio Gubía Villabona, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación e investigador del Instituto ISC.

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Partiendo de estas premisas, Javier Samanes ha diseñado un convertidor modular de cuatro megavatios, que puede ser colocado en paralelo tantas veces como sea necesario dependiendo de la potencia de la turbina eólica. "Para esta estructura de conversión, he planteado nuevas estrategias de control que permiten afrontar dos de los principales retos actuales de la energía eólica: su integración en redes débiles y la mejora de la eficiencia", apunta.

Tal como explica, en los inicios de la eólica, los aerogeneradores eran "de menor potencia y se conectaban a redes fuertes de países desarrollados". "Con el paso del tiempo, el tamaño de los parques eólicos ha ido creciendo y la energía eólica se ha ido instalando en países con redes más débiles, como aquellos en desarrollo o sistemas insulares. Esto ha dado lugar a nuevos retos desde el punto de vista de la estabilidad. Para superarlos, en la tesis, he propuesto dos estrategias de control, que permiten, no sólo mejorar la estabilidad y la respuesta dinámica, sino reducir el coste del equipo, al eliminar componentes pasivos. Cuando se prescinde de estos componentes, también se consiguen reducir las pérdidas, logrando también un sistemas más eficiente", concluye.

Javier samanes

Javier Samanes se tituló en Ingeniería Industrial por la Universidad Pública de Navarra en 2014, tras haber realizado una estancia de seis meses en la Universidad Virginia Tech (Estados Unidos). Realizó su proyecto final de carrera en el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER). Posteriormente, cursó el Máster en Energías Renovables: Generación Eléctrica de la misma institución académica, donde se incorporó en 2015 al citado Grupo de investigación en Ingeniería Eléctrica, Electrónica de Potencia y Energías Renovables (INGEPER), que dirige el investigador Luis Marroyo Palomo.

Durante la realización de la tesis doctoral, completó una estancia de investigación en el Center for Power Electronics Systems (CPES), perteneciente a la Universidad de Virginia Tech, un centro de investigación líder mundial en electrónica de potencia. Su investigación se centra en convertidores de potencia para sistemas eólicos; en concreto, en la mejora de la eficiencia y del control para favorecer la integración de las energías renovables en la red eléctrica. Su labor investigadora se ha traducido en artículos publicados en revistas científicas y congresos internacionales, además de haber participado en proyectos de investigación, tanto de financiación privada como pública.

Asimismo, es uno de los fundadores de la asociación estudiantil Aperna (Asociación para la Promoción de las Energías Renovables en Navarra), vinculada a la Cátedra de Energía Renovables de la UPNA. En dicha asociación, ha sido vicepresidente y tesorero. Desde la creación de esta entidad, ha participado en numerosas actividades divulgativas, orientadas a fomentar las energías renovables. También ha impartido seminarios en cursos internacionales sobre energías renovables organizados por la UPNA.

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