Con El Viento a Favor • with a Fair Wind

fundacion esteyco

CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND Even today not everyone realises that wind energy, No todo el mundo al día de hoy tiene la percepción which at the onset was green but costly, is still green de que la energía eólica, que en sus orígenes se

WITH A FAIR WIND A FAIR WITH RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL but with time has become a tremendously competitive • trataba de una energía verde aunque cara, se ha ido source of electric power. transformando paulatinamente en una energía que se mantiene todavía verde, pero que además genera Much of the ‘blame’ for that transformation lies CONSUELO ALONSO· ALBERTO CEÑA· MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ· JAUME MASCARÓ electricidad a un precio tremendamente competitivo. with the technological improvements introduced in FRANCESCO MICELI· JOAN MORENO· JORDI MORELLÓ· JAVIER MUÑOZ turbines and other components. Thanks to those MIGUEL NÚÑEZ· MANFRED PETERSEN· JUAN CARLOS ROSA· JAVIER RUI-WAMBA Buena culpa de esta transformación la tienen las advances, in many of the wind farms we see from time MIGUEL ÁNGEL RUIZ· RAMÓN SAGARRA· DAVID SARRASÍN· JOSE SERNA mejoras tecnológicas que se han ido introduciendo to time from the car or train, each and every one of the en las turbinas y resto de componentes, que han machines produces enough power to cover the entire conseguido que muchas de las máquinas eólicas que demand generated by two thousand households. Such con cierta frecuencia dejamos a nuestro lado cuando a significant output has made wind one of the most circulamos por las carreteras o líneas férreas, sean reliable alternatives to perishable fossil fuels. capaces de generar, cada una de ellas, la totalidad de la energía que utilizan dos mil hogares, constituyendo The book you hold in your hands takes a look at

CON EL VIENTO A FAVOR A FAVOR CON EL VIENTO al día de hoy una de las alternativas más fiables al uso this, today’s and tomorrow’s energy, from a number de los perecederos combustibles fósiles. of vantage points. Some are surprising, not to say unprecedented, while others are much more rigorous El texto entre sus manos propone una mirada desde and scientific, but all share a common denominator: a muy distintos puntos de vista a esta energía del focus on one of the sources of energy that will ensure presente y del futuro. Algunos de ellos sorprendentes, our planet’s ongoing habitability and make it an ever si no inéditos; otros mucho más rigurosos y científicos; better world. pero todos ellos con el denominador común de aproximarse a una de las energías que hará que éste, RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL nuestro mundo, continúe siendo un lugar habitable y cada vez mejor.

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

fundacion fundacion Book cover image: © Photographer Cristian Steiness • ict-aeolus.eu esteyco esteyco Imagen portada: © Photographer Cristian Steiness • ict-aeolus.eu fundacion esteyco

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

fundacion fundacion Book cover image: © Photographer Cristian Steiness • ict-aeolus.eu esteyco esteyco Imagen portada: © Photographer Cristian Steiness • ict-aeolus.eu Para la difusión y el progreso de la Ingeniería y la Arquitectura

For the visibility and progress of engineering and architecture En mayo de 1991 se constituyó la Fundación Esteyco con la finalidad de contribuir al progreso de la ingeniería y de la arquitectura en nuestro país. La situación de precariedad e incertidumbre en que se ha estado desenvolviendo la ingeniería española independiente, ha exigido hasta ahora actitudes básicamente de supervivencia. El esfuerzo de un creciente colectivo de profesionales y de órganos de la Administración ha ido, sin embargo, consolidando un sector cuyos servicios son considerados indispensables en una sociedad moderna y eficiente. Es tiempo de pensar en el futuro, confiando en que no tardará en hacerse presente. Fomentemos, para ello, un clima propicio para la creatividad, en el que se exija y se valore el trabajo bien hecho. Contribuyamos a una sólida formación de los profesionales de la ingeniería, conscientes de que las organizaciones valen lo que valen sus miembros y de que en la ingeniería el valor de las personasse mide por el nivel de sus conocimientos. Alentemos mejores y más frecuentes colaboraciones interprofesionales, eliminando fronteras innecesarias. Reivindiquemos un espacio cualitativamente destacado de la ingeniería en la sociedad e impulsemos la evolución de la imperante cultura del hacer hacia la cultura del hacer pensando. Consideremos las ingenierías como una prolongación de la Universidad, en la que se consolida la formación de los jóvenes titulados, en los años que serán decisivos para su futuro. Sintámonos involucrados con la Universidad y centros de investigación. Aseguremos la estabilidad y pervivencia de nuestras organizaciones y establezcamos los medios para que su vitalidad, garantía de futuro, no se encuentre lastrada. Valoremos nuestra independencia, no como un arma contra nadie, sino fundamentalmente como un atributo intelectual inherente a quienes tienen por oficio pensar, informar y decidir libremente.

Javier Rui-Wamba Martija Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Presidente de la Fundación Esteyco Fundación Esteyco was founded in May 1991 to contribute to engineering and architectural progress in Spain. The precarious and uncertain situation in which independent engineering has been practised in the country to date has required professionals to adopt essentially survival tactics. The efforts of a growing number of those professionals, with the support of governmental bodies, has nonetheless consolidated an activity whose services are imperative to a modern and efficient society. The time has come to think about the future, trusting that it will soon be upon us. Let us foster an atmosphere where creativity can thrive, where good work is both expected and appreciated. Let us contribute to sound training in engineering, in the awareness that the value of an organisation lies in the value of its members and that in engineering, individual merit is measured in terms of expertise. Let us encourage better and more frequent inter-professional partnering, eliminating unnecessary boundaries. Let us claim a place of distinction for engineering in society, re-steering the prevalent get-the-job-done culture to a get-the-job-done right culture. Let us regard engineering as an extension of the university, where young graduates consolidate their training in years that will be decisive for their future. Let us become involved in the university and research institutes. Let us ensure the stability and survival of our organisations, and provide the means to maintain their vitality, our guarantee for the future. Let us value our independence, not as a weapon to be wielded against anyone, but essentially as an intellectual trait in people whose job is to think, inform and decide freely.

Javier Rui-Wamba Martija Civil Engineer President of Fundación Esteyco

CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

CONSUELO ALONSO · ALBERTO CEÑA · MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ · JAUME MASCARÓ JAVIER MUÑOZ · FRANCESCO MICELI · JOAN MORENO · JORDI MORELLÓ MIGUEL NÚÑEZ · MANFRED PETERSEN · JUAN CARLOS ROSA · MIGUEL ÁNGEL RUIZ JAVIER RUI-WAMBA · RAMÓN SAGARRA · DAVID SARRASÍN · JOSE SERNA © 2015 Fundación ESTEYCO © 2015 Autores: Ramón López, Consuelo Alonso, Alberto Ceña, Miguel Ángel Fernández, Jaume Mascaró, Francesco Miceli, Javier Muñoz, Joan Moreno, Jordi Morelló, Miguel Núñez, Manfred Petersen, Juan Carlos Rosa, Miguel Ángel Ruiz, Javier Rui-Wamba, Ramón Sagarra, David Sarrasín, José Serna

Diseño Gráfico: Pilar Carrizosa Coordinación Editorial: Pilar Carrizosa

Focomposición, fotomecánica e impresión: Gràfiques Bassó

Impreso en España ISBN-13: 978-84-943324-2-5 Depósito Legal: M-38375-2015 1ª Edición. Diciembre

© 2015 Fundación ESTEYCO © 2015 Authors: Ramón López, Consuelo Alonso, Alberto Ceña, Miguel Ángel Fernández, Jaume Mascaró, Francesco Miceli, Javier Muñoz, Joan Moreno, Jordi Morelló, Miguel Núñez, Manfred Petersen, Juan Carlos Rosa, Miguel Ángel Ruiz, Javier Rui-Wamba, Ramón Sagarra, David Sarrasín, José Serna

Graphic design: Pilar Carrizosa Editors: Pilar Carrizosa & Ramón López Mendizabal

Phocomposition, phototypeset and printing: Gràfiques Bassó

Printed in Spain ISBN-13: 978-84-943324-2-5 Deposit Record: M-38375-2015 1st edition. December 2015 ÍNDICE • CONTENTS

JAVIER RUI-WAMBA PRÓLOGO • PROLOGUE 11

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL INTRODUCCIÓN • INTRODUCTION 19

CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND 27

JAUME MASCARÓ I. EL ALIENTO DE LOS DIOSES • DIVINE BREATH 27

JOAN MORENO • JORDI MORELLÓ II. EL VIENTO, EL PAISAJE Y EL HOMBRE • WIND, LANDSCAPE, HUMANITY 47

JAVIER MUÑOZ III. LOS AIRES Y LAS LETRAS • AIRS AND LETTERS 75

RAMÓN LÓPEZ IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL 87

ALBERTO CEÑA V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL Y LA IMPORTANCIA DE LA EÓLICA • 107 ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND 123 DAVID SARRASÍN VI. UN MUNDO MEJOR • A BETTER WORLD

CONSUELO ALONSO VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE METEREOLOGÍA • FUNDAMENTALS OF 145 METEOROLOGY

CONSUELO ALONSO VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF 159 WIND POTENTIAL

CONSUELO ALONSO IX. RECURSO EÓLICO • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA 173 PROCESSING

X. COMPONENTES DE LAS TURBINAS Y PARQUES EÓLICOS ACTUALES • 191 COMPONENTS OF TODAY’S WIND TURBINES AND FARMS

MIGUEL NÚÑEZ X.I. AEROGENERADORES • WIND TURBINES 191

JUAN CARLOS ROSA X.II. TORRE • TOWER 209

MANFRED PETERSEN X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS 231

FRANCESCO MICELI X.IV. OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS • CIVIL WORKS IN WIND FARMS 251

MIGUEL ÁNGEL RUIZ • RAMÓN SAGARRA X.V. DE LAS RACHAS AL AMPERIO • FROM GUST TO AMPERE 267

JOSÉ SERNA XI. ENERGÍA EÓLICA MARINA • OFF-SHORE WIND ENERGY 299

MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ EPÍLOGO • EPILOGUE 357

RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES 360

10 11 PRÓLOGO • PROLOGUE JAVIER RUI-WAMBA MARTIJA

El viento ha existido siempre aunque sólo en tiempos recientes, Wind there has always been but only recently, in the last few en las últimas décadas, se le ha podido conocer bien, sin acabar decades, have we begun to understand it, at least partially. de conocerlo del todo. Some regard it to be the breath of God and hence unpredic- Algunos lo consideran la respiración de Dios. Impredecible, por table: who can prophesy divinity’s unlikely designs? Others, tanto. ¿Quién puede adivinar los aleatorios designios divinos? however, have tried and, by and large successfully, have fore- Otros, han tratado, y logrado en buena medida, desvelar y casted and probabilistically quantified the wind’s behaviour. cuantificar en términos probabilísticos su comportamiento. The fact is that wind, the outcome of subtle temperature Lo cierto es que el viento, que nace de sutiles diferencias de differences in the masses of air comprising the Earth’s atmos- temperatura entre las masas de aire que ocupan la atmós- phere and therefore ultimately of the sun’s omnipresence, is fera terrestre, y es, por tanto, consecuencia de la presencia essential for life. Neither humans nor animals breathe air: we omnímoda del Sol, es esencial para la vida. Porque los seres breathe wind, which is air in motion. humanos, y los animales, no respiramos aire, respiramos viento Human progress has always been related to the use of wind que es el aire en movimiento. as a source of energy. Sailboats are one paradigmatic example El progreso de la humanidad ha estado siempre relacionado and the multi-centenary windmills that blend harmoniously con la utilización del viento como fuente de energía: las embar- into the landscape in so many geographies, another. Birds flap caciones de vela son un ejemplo de ello. Los antiquísimos the air into wind to be able to fly. Aeroplanes, in turn, which molinos de viento, que se han hecho paisaje en tantas geogra- (like high-speed trains) look more like fish than birds, adjust fías, también lo son. Las aves hacen del aire viento para poder the geometries of their wings to induce an upward thrust that volar. Y los aviones que parecen más peces que aves (como lifts them off the ground and enables them to float in the air. ocurre también con los trenes del AVE) ajustan las geome- Their engines convert air into wind to make that happen, while trías de sus alas para provocar empujes ascensionales que les the cowling that comprises their bodies is designed to reduce permitan despegar y flotar en el aire. Sus motores también the wind-induced drag that attempts to curb their astronomical transforman el aire en viento para que así pueda ser. Y con el speed. The shapes of impressive yet fragile Formula 1 cars, carenado de sus fuselajes pretenden reducir al mínimo el freno sophisticated competition motorbikes, bicycles and even que, al tiempo, impone el viento a sus vertiginosos desplaza- cyclists’ gear are irrefutable exponents of the influence of the mientos. Los imponentes y frágiles coches de la fórmula 1, las wind on their designs. And recent years have witnessed the sofisticadas motos de las competiciones deportivas e incluso advent of on- and offshore wind farms that draw energy from las bicicletas y los equipamientos de los ciclistas son manifesta- the wind to convert it into electricity. ción de la influencia determinante del viento en sus diseños. Y The wind is also a force of nature, however, from which en tiempos muy recientes tenemos los parques eólicos, onshore human beings seek shelter, not always successfully. Now and

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y offshore, que extraen la energía del viento y la convierten en again, perhaps more and more frequently, disaster strikes in electricidad. the form of destructive hurricanes, typhoons, tornados or sea Pero el viento, también, es una fuerza de la naturaleza de la que storms. And yes, waves too are children of the wind. los seres humanos se han de proteger, sin conseguirlo siempre. Wind has been a constant presence in our lives. And with time, Periódicamente, tal vez con frecuencia creciente, tenemos we’ve come to understand it better. The history of that under- noticias de desastres provocados por destructores huracanes, standing, the history of wind, constitutes a substantive chapter tifones, tornados y tempestades marinas. Porque también el in the history of humanity. oleaje tiene por causa el viento. The need to understand the wind was conclusively fuelled in El viento siempre ha estado muy presente en nuestras vidas. Y, 1903 when the Wright brothers, bicycle mechanics, introduced con el paso del tiempo, lo hemos ido conociendo mejor. Y la humanity to aviation. Weather forecasts, of such elementary historia de dicho conocimiento, la historia del viento, es parte interest to farmers and sailors, became increasingly indispen- sustantiva de la historia de la humanidad. sable. That the wind doesn’t blow at a constant speed has always Sin duda, la necesidad de comprender el viento recibió un been a well-known fact. If it weren’t for its gusts, neither the decisivo impulso cuando los hermanos Wright, mecánicos leaves on trees nor the petals on flowers would flutter. The de bicicletas, iniciaron la epopeya de la aviación, en el año swirls of dust or sand in arid regions and the ripples on the 1903. Las previsiones meteorológicas, por las que de forma surface of puddles, reservoirs and the sea near the shoreline tan elemental se interesaban los agricultores y los navegantes, are very tangible expressions of the nature of the wind. While se fueron haciendo crecientemente imprescindibles. Era bien a steady wind at mean speed determines the sustained orienta- sabido que los vientos no soplan a velocidad constante. Si no tion of the branches of trees, it is to its visibly overlain gusts fuese por sus ráfagas, las hojas de los árboles no se moverían, that we owe the rustling of leaves. And then there is the wash los pétalos de las flores tampoco. Los remolinos provocados hung out to dry in yards and balconies and the waving of flags. en el polvo o en la arena de zonas áridas y los movimientos In a nutshell, wherever we choose to look, we can find confir- de la superficie del agua en un charco, en un embalse, oa mation of the unpredictability of gusts of wind and their orillas del mar, son asimismo manifestaciones bien palpables dynamic effects before our very eyes. de la naturaleza del viento. Y era fácilmente observable que a Prior to the invention of aviation, the nineteenth-century steel la velocidad media del viento, que provoca el desplazamiento bridges and structures (much more slender than the tradi- sostenido de las ramas de un árbol, se superpone un viento a tional rubble masonry structures that had largely monopolised rachas que explica los movimientos adicionales de sus hojas. O former construction) associated with the prodigious develop- los de la ropa colgada para secar en las terrazas de las casas. O ment of railways were found to be sensitive to the wind. Late el ondear de banderas. Al alcance de nuestras miradas tenemos, in that century Chicago, the windy city, began to see the earliest pues, la confirmación de la naturaleza aleatoria de las ráfagas skyscrapers (thanks to Otis’s invention of the lift) which with de viento que provocan efectos dinámicos. their steel frames boasted higher slenderness ratios than the Aún antes de la invención de la aviación, los puentes y estruc- much lower-lying masonry buildings that preceded them. turas de acero asociados al prodigioso desarrollo decimonó- Bridge spans, building heights and structural slenderness have nico del ferrocarril, con esbelteces muy superiores a las tradi- grown steadily ever since. Such developments made progress cionales estructuras de mampostería que hasta entonces habían in the understanding of wind action even more indispensable.

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monopolizado, en buena medida, la construcción, podían ser That need was reinforced by notorious accidents involving sensibles al viento. A finales del siglo XIX, comenzaron a prominent structures that occurred from time to time. In 1879 asomar por Chicago, la ciudad del viento, los primeros rasca- Firth of Tay, a railway bridge in Scotland, collapsed under cielos con entramados de acero (gracias también a la invención the force of the wind. That, by the way, wounded the pride por Otis del ascensor) y esbelteces también muy superiores a of British engineering so deeply that it led years later to the las de los edificios mucho más bajos de mampostería que los erection of the massive lattice bridge at nearby Firth of Forth, habían precedido. Desde entonces, las luces y esbelteces de los contended by its contemporaries to be the safest in the world. puentes así como la altura y esbeltez de las edificaciones, no han Even before those events, the first suspension bridges were dejado de crecer. Y han hecho imprescindible el progreso en observed to be sensitive to moderate gusts of wind. el conocimiento de la acción del viento. Aún más todavía por Perhaps the most catastrophic and widely publicised disaster el hecho de que, esporádicamente, se produjeron accidentes was the collapse of Tacoma Narrows Bridge in the state of en notables construcciones que tuvieron una gran notoriedad. Washington in 1940, just months after completion of its En 1879 el puente de ferrocarril del Firth of Tay, en Escocia 853 m central span. That event fortunately lent firm impetus se derrumbó por efecto del viento. Lo que, por cierto, hirió to the study of aerodynamic effects on slender structures and el orgullo de la ingeniería británica hasta el punto que consi- helped to position wind action and structural response among deraron al mastodóntico puente en celosía del Firth of Forth the primary considerations in the design and dimensioning of –puente que años más tarde se construyó en su vecindad–, el such works. más seguro del mundo. Aún antes de estos hechos, cuando los Progress in aviation logically continued full speed ahead in the puentes colgantes iniciaron su andadura se observó su sensibi- inter-war period: aeroplanes evolved quickly and flying became lidad a las ráfagas de viento de velocidades moderadas. the privilege of a tiny minority. Pero, tal vez, el desastre más importante y más difundido In parallel, in the nineteen thirties statistical doctrine came fue el del puente colgante de Tacoma acabado de construir of age. Probabilistic criteria expanded into all branches of con una luz central de 853 m en el estado norteamericano de science and, at first timidly but later enduringly, into struc- Washington en 1940. Aquel desastre, felizmente, impulsó la tural engineering. The haphazard behaviour of many of the reflexión acerca de los efectos aerodinámicos en estructuras phenomena that form part of our everyday lives could at last esbeltas y contribuyó a que en las concepciones de dichas be characterised and analysed: wind, earthquakes, thermody- estructuras y en su dimensionamiento tuviesen lugar destacado namics and quantum physics. Advanced statistics furnished las acciones del viento y la respuesta estructural. the tools needed and not previously available. Progress in elec- Naturalmente en los años de entreguerras la aviación progresó tronics and communications was also decisive in this regard: a gran velocidad: los aviones evolucionaron rápidamente y random signals emissions could be converted and logged by volar empezó a dejar de ser privilegio de unos pocos. wave receivers for subsequent extraction of the information En los años 30 la estadística fue completando su cuerpo doctrinal. recorded. Los criterios probabilistas se extendieron en todas las ramas de After World War II came to an end, these advances gathered las ciencias y no tardaron en asomarse, también, antes de insta- even greater speed, furthering the application of modern larse definitivamente, en el campo de la ingeniería estructural. statistical methods to wind analysis. In 1961 engineer Alan G. Fue posible caracterizar y analizar la aleatoriedad de muchos Davenport published a pioneering text proposing the

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fenómenos que formaban parte de nuestra vida diaria, entre application of statistical concepts to calculate the effects of ellos el viento, el sismo, la termodinámica y la física cuántica. La the wind, one of the random variables in his model, on many estadística avanzada proporcionó herramientas para hacerlo, de types of structures. In another vein, a new school of thought las que no se disponían antes. Fue, para ello decisivo el progreso advocated the use of wind tunnel tests, a technique formerly de la electrónica y de las comunicaciones. Las señales, de natura- confined primarily to aeronautics, in structural analysis. leza aleatoria, que se generaban en las fuentes, se transformaban Wind has also been the driving force behind the publication en los receptores de ondas, y se podían registrar para extraer de of this book on wind energy, the 24th in the collection initiated los registros la información adecuada. by Fundación Esteyco in 1993. Released at Christmastime in Tras concluir la II Guerra Mundial, todos estos avances se keeping with tradition, it comes to light just in time to bid the aceleraron y estimularon la aplicación de los métodos estadís- year 2015 farewell. ticos modernos al análisis del viento. El ingeniero Davenport publicó en 1961 un texto pionero en el que proponía una Like all its predecessors, it has a history of its own and is not metodología basada en la estadística para caracterizar el viento, by any means the outcome of chance. considerado como variable aleatoria, y permitía analizar los Some years ago, in a meeting at Pamplona, Spain, Esteban efectos que tenía sobre estructuras de muy diferentes tipolo- Morrás, who at the time chaired Acciona Energía and had gías. Se creó una escuela de pensamiento que utilizaba, por organised EHN, Energía Hidroeléctrica de Navarra, resolutely otro lado, los resultados de ensayos en túneles de viento, bien endorsed our concrete towers as the solution for very tall struc- conocidos en la aeronáutica, no así en el análisis estructural. tures able to bear increasingly powerful wind turbines. Del viento hemos recibido, también, el impulso que necesi- Esteban, observant, amiable and with a knack for making tamos para editar, en la Navidad del 2015, este libro dedicado any sort of dealings pleasurable, led the introduction and a la energía eólica, que hace el número 24 de la colección que development of wind energy in the Spanish province of iniciamos en 1993 en la Fundación Esteyco y que también, en Navarre. His success spurred the appearance of many new esta ocasión, llega puntualmente para despedir el año. companies whose efforts turned the country into a wind Este libro, como todos los demás, tiene su historia y no ha generation major worldwide. That now long distant meeting visto la luz por causa del azar. ultimately led, among many other things, to the publication of Hace ya años, en una reunión que celebramos en Pamplona, this book. Esteban is a key player in the history of wind energy Esteban Morrás, que a la sazón presidía Acciona Energía tras in Spain. And his narrative of the industry’s short history is haber organizado EHN, Energía Hidroeléctrica de Navarra, truly inspiring. He was soon joined by another essential actor, apostó decididamente por nuestras torres de hormigón conce- Francisco Galán Soraluce, who did us the honour of autho- bidas para llegar más alto y soportar aerogeneradores crecien- ring the book released by the foundation in 2007. La energía de temente potentes. los fluidos [the energy of fluids] contains a chapter specifically Esteban, persona muy perspicaz, y de trato afable con el que on wind energy and a preface I dare recommend, despite da gusto tratar, había liderado la implantación y el desarrollo having penned it myself, for it includes information about a de las energías eólicas en Navarra, que fue referente para que wise, modest and persistent individual who has first-hand apareciesen numerosas empresas del sector que convirtieron knowledge of the truly impressive developments that he and a España en uno de los países más avanzados en la genera- Esteban co-fostered.

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ción de las energías del viento. Aquel encuentro ya tan lejano, The driving force behind this book, its creator, is Ramón entre otras muchas cosas, nos ha acabado trayendo este libro. López, eminent civil engineer born in Madrid, citizen of the Esteban es parte importante de la historia de la energía eólica world and the proud bearer of a Basque origin. His mother, en nuestro país. Y escucharle relatar la joven historia del sector to whom we owe this unique engineer (thank you, Felisa!) es realmente estimulante. Junto a él tuvo muy pronto a otro bears a Basque surname, Mendizabal. We managed to entice personaje esencial, Francisco Galán Soraluce, que ya nos him to join our team well over 5 years ago. A privilege. Ever deleitó con otro libro editado por la Fundación en 2007. La since, Ramón has overseen many of the designs and complex energía de los fluidos cuenta con un capítulo específico sobre la works involved in growing the steel towers that bloom in wind energía eólica y con un prólogo, que aun siendo mío, animo a farms. At the same time, he has supervised the construction leer o releer para aproximarse a un personaje sabio, sencillo y of our own concrete, giraffe-necked giants that position their tenaz que también conoce, por haber sido protagonista junto a powerful blades at the astounding heights where wind energy Esteban, de una historia que realmente impresiona. can be more profitably harnessed. As these wind farms are located at literally hundreds of sites, Ramón travels constantly. El creador de este libro, a quien se lo debemos, es Ramón López. This year, for instance, he has certainly flown over 300 000 Un gran ingeniero de caminos, canales y puertos, nacido en km, that is to say, eight times around the world (‘one metre is Madrid, ciudadano del mundo y con raíces vascongadas de las one ten-millionth of the length of the Earth’s meridian along que él se siente orgulloso. Mendizabal es el apellido de su madre a quadrant’), with stopovers in any number of countries. There alavesa que nos regaló este ingeniero único (¡gracias Felisa!). he can be seen leaving his hotel at the crack of dawn to run Hace más de un lustro pudimos seducirle para que se viniese for the hour and a half he needs to stay fit, before starting con nosotros. Un privilegio. Ramón gestiona desde entonces his working day. Since he’s been with us, he’s run around ten muchos de los proyectos y de las complejas obras que confi- marathons and participated in three Ironman races, the most guran parques eólicos en los que florecen muchas torres de recent at Bydgoszcz in his beloved Poland, where he finished acero, y todas las nuestras de hormigón, que estiran sus cuellos in 11 hours, 17 minutes and a few seconds. This year he has de jirafa para situar los aerogeneradores con sus asombrosas run around 3 000 km while not fleeing from anyone and swam palas en alturas en las que la cosecha de energía del viento es another 200 km without turning into a fish. But he has also más fructífera. Parques eólicos que se ubican en centenares de biked around 10 000 km (2.5 times entire distance mapped in ubicaciones, lo que obliga a Ramón a viajar sin descanso. Este the Tour de France) over demanding routes on his cherished año, por ejemplo, habrá volado más de 300 000 km, el equiva- Cannondale, a feat that has unquestionably helped him unders- lente a más de ocho veces la vuelta al mundo (“el metro es la tand the wind. Ramón has me fascinated and positively green diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre”), with envy because I personally believe that what underlies his con paradas en muy diferentes países, donde pudieron verle sporting prowess is the adventuresome streak in his persona- saliendo a las primeras horas del alba del hotel en el que se lity. Ramón loves adventure and to rise to challenges that he alojaba para, antes de comenzar su trabajo, correr la hora y manages to make compatible with his professional obligations media que necesita para mantener la forma. Desde que está and personal life alongside his wife Ewa, who encourages him con nosotros ha corrido más de una decena de maratones and with whom he shares a love for sport. We also have to y tres Ironman. El último el de Bydgoszcz, en su querida thank Ewa for making the publication of this book possible. Polonia, donde consiguió una marca de 11 horas, 16 minutos y Thank you, Ewa!

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unas decenas de segundos. Este mismo año habrá corrido, sin A little over a year ago Ramón suggested that the 2015 Christmas huir de nadie, unos 3 000 km, habrá nadado, sin convertirse book should be devoted to wind energy. And of course it took en pez, unos 200 km más, y habrá recorrido con su adorada very little to convince the rest of us on the editorial board of Cannondale unos 10 000 km, 2.5 Tours de Francia de trazado the merit in his proposal. Our concrete towers are growing exigente, lo que sin duda le ha ayudado a comprender el viento. taller, more sophisticated and increasingly competitive. For Ramón me tiene fascinado y medio muerto de envidia, porque, many years now, we have focused a considerable share of our además, tengo para mí, que la faceta que explica sus afanes professional energy on these structures, an endeavour that has deportivos es la de aventurero. A Ramón le gusta la aventura led to our acquaintance with highly knowledgeable profes- y plantearse retos que consigue hacerlos compatibles con sus sionals in other companies and organisations. Ramón has obligaciones profesionales y con su vida, junto a su mujer persuaded some of them to contribute to a book whose leit Ewa, que ciertamente le estimula y a la que él arrastra en sus motif and indisputable lead character is the wind. aficiones deportivas. A Ewa también le tenemos que agradecer que la edición de este libro haya sido posible. ¡Gracias Ewa! The book can be read in a number of ways: but whether all at once or by chapters, in whole or in part, it will make Hace poco más de un año, Ramón nos propuso que este readers wiser by inducing them to reflection and affording an libro, el de la Navidad de 2015, lo dedicásemos a la energía understanding of many of the things that are changing our eólica. Y claro no le costó convencernos a los compañeros que world. We're living at a time when the combustion engine, formamos en estas ocasiones el Comité Editorial, del interés preceded 200 years ago by that child of the British Industrial de su propuesta. Nuestras torres de hormigón son cada vez Revolution, Watt’s steam engine, may begin to give way to más altas y cada vez más sofisticadas para poder ser crecien- the electric motor. Our oil-dependent society is changing, for temente competitivas. A ellas dedicamos desde hace años una the better and forever. Electric power is taking over. Tesla, buena parte de nuestros anhelos profesionales, lo que nos ha an exceptional engineer born in an (at the time) effervescent permitido estar en contacto con otros profesionales de dife- central Europe, is now regarded as a hero of his day. Renewable rentes empresas y organizaciones que saben de lo que escriben. energies have begun to change the world for the better, making Ramón ha atraído a algunos de ellos para configurar un libro electric power accessible to the many human communities who que tiene por hilo conductor y auténtico protagonista al viento. have lived without it to date. Our world is changing rapidly and Este libro puede tener muchas lecturas. Leerlo, en todo o en progress is now within reach of humanity at large. parte, de un único tirón o demoradamente por capítulos, hará a Esteyco’s onshore and coming-soon offshore wind towers will quien lo lea más sabio porque le hará reflexionar y le permitirá contribute to that accessibility. We feel that with the knowledge comprender que muchas cosas están cambiando en el mundo. acquired, we’re pollinating many a field where the wind will Que estamos en un momento en que, tal vez, el motor de soon be harvestable. explosión que hace 200 años tuvo por antecedente la máquina de vapor de Watt nacida en la Revolución Industrial inglesa, This book of many readings affords a polyhedral vision of comienza a ceder el paso al motor eléctrico. La sociedad the resource, and contains as well key data on its authors. Our dependiente del petróleo y del carbón está cambiando: para thanks to them all. Our appreciation also to Margaret Clark, bien y para siempre. La energía eléctrica se hace protagonista. whose English translation will help introduce the book to a Tesla, aquel excepcional ingeniero nacido en la efervescente wider audience.

16 17 PRÓLOGO • PROLOGUE

centroeuropa de entonces, es reivindicado ahora como un For this is a book in a bottle launched into the ocean of life in héroe de su tiempo. Las energías renovables comienzan a the confidence that sooner or later it will reach the hands of cambiar el mundo y lo hacen para bien. La electricidad se pone the reader for whom it was intended. A book that should be al alcance de tantos grupos humanos que han vivido sin acceso fondled before its content travels from the eye to the brain to a la energía eléctrica. Rápidamente esto está cambiando. Y la sense the aroma of winds harnessed in ever broader geogra- posibilidad de progreso podrá llegar ahora a todos. phies the world over. To publish it, we’ve sailed with the same fair wind that we’ve had as associate for many years without Y nuestras torres eólicas, primero en tierra, y pronto en el mar making a single concession. Quite the contrary, actually. también, contribuirán a que así sea. Sentimos que estamos poli- nizando, con los conocimientos que hemos adquirido, territorios muy diversos en los que se cosechará el viento. Este libro tiene muchas lecturas y conforma una visión polié- drica que también es un esbozo de las biografías de quienes han contribuido a su edición. Gracias a todos. Gracias especiales a Margaret Clark, por su espléndida traducción al inglés que hará que el libro llegue a muchas más manos. Porque éste es un libro que lanzamos encerrado en una botella al océano de la vida y que, antes o después, acabará llegando a las del lector para el que se ha editado. Un libro que se ha de tocar primero antes de que su contenido llegue a través de la mirada a su cerebro que percibirá el perfume de vientos cose- chados en geografías que van ocupando la superficie del globo terrestre. Para editarlo hemos navegado con el viento a favor, porque ya hace años nos asociamos con él sin renunciar a nada. Todo lo contrario.

16 17 Parque eólico en Brasil Wind farm in Brazil

18 19 INTRODUCCIÓN • INTRODUCTION RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

¿Torres eólicas y sus cimentaciones?. ¿Y eso es todo? Wind turbines and their foundations? And that’s it? He de reconocer que, entre otras, éstas eran algunas de las That I admit, among others, was one of the questions that preguntas que, atrevidamente, me vinieron a la cabeza la ran recklessly through my mind the first time that Carlos, our primera vez que Carlos, nuestro Director General, me habló General Manager, broached me about participating in the de Esteyco Energía y la posibilidad de incorporación que a este Esteyco Energía project. proyecto me ofrecía… That was over 5 years ago now, and in the interim we’ve all Han pasado más de cinco años desde entonces y todos done a lot of growing. That (slightly, we needn’t exaggerate) hemos crecido mucho. Aquel desconfiado –sólo parcialmente, mistrustful engineer has since been seduced by and become tampoco nos pasemos– ingeniero se ha rendido y ha acabado fully enamoured of this world of wind-borne energy in conquistado por este mundo eólico en el que, pocos meses más which, just a few months after that conversation, he became tarde de aquella conversación, se sumergió. immersed. La realidad es que lejos de lo que se me pasaba por la cabeza al The truth is that, contrary to what I thought when I posed hacer la pregunta con la que he iniciado este prólogo, el abanico my initial rhetorical question, energy in general and the wind de ámbitos que el sector energético en general y el eólico en industry in particular embrace a far wider spectrum of domains particular alcanza, trasciende todo lo que pude imaginar en su than I could have ever imagined. This book aims to touch on día. Este libro, de hecho, pretende tocar –o quizás más bien (or perhaps more precisely, gently caress, given the depth to acariciar suavamente, por el grado de profundidad al que which it aspires) many different realms in which wind is present aspira- muy distintos campos en los que el viento está, de una u in one way or another. Although not explicitly, its structure otra manera, presente. Aunque no explícitamente, en la estruc- rests on a series of overarching themes. Some are certain to tura del mismo subyacen una serie de bloques temáticos. Sin be more appealing than others to its readers, depending on duda, algunos tendrán mayor interés que otros en función de their training and interests. I hope, however, that the text on cada lector, dependiendo de su formación e intereses, aunque the whole is understandable enough to make this, Fundación sí espero que el texto resulte, en general, lo suficientemente Esteyco’s new publication, a pleasurable read for people with divulgativo para que un lector técnico o no técnico –aunque an interest in the matter, whether or not they have a technical eso sí, con interés en la materia– pueda disfrutar de una buena background. parte de este nuevo texto de la Fundación Esteyco. As you can see from the cover, the book you’re holding in La publicación en la que ahora están fijados los ojos del lector, your hands wasn’t written by a single author. To begin with, como se puede ver desde su portada, no se trata de una obra that would have been impossible for me alone, given my de un único autor. Para empezar, habría sido imposible, por limited knowledge, and would have turned out to be one mis limitados conocimientos; y además hubiera constituido more in a fairly long list of reckless undertakings. One of

18 19 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

otro atrevimiento más que añadir a la lista. Una de las mejores the greatest benefits I’ve reaped from my association with cosas que este mundo eólico me ha dado ha sido sin duda la wind energy is indisputably the opportunity it’s afforded me posibilidad de rodearme de personas, tanto compañeros como to collaborate with people, both colleagues and clients, of clientes, de muy elevada categoría en todos los aspectos. Haber the very highest stature in every sense of the word. Their aprendido lo que me han enseñado tanto unos como otros teachings lie in the realm of the invaluable: these lines afford pertenece al ámbito de las cosas que realmente no tienen precio. me the chance to express my sincerest gratitude to each and Desde estas líneas mis agradecimientos más sinceros a todos. every one of them. El libro se abre con un primer bloque que presenta el viento The book opens with a discussion of wind from an artistic desde su lado más artístico y humanístico. Jaume Mascaró, and humanistic perspective. Jaume Mascaró, the personifica- sabiduría en estado puro, nos hace irnos nada más ni nada tion of pure wisdom, takes the helm to pilot us to the very menos que al origen del hombre, ligado ya desde ese momento origin of humanity, associated from the outset with the air, inicial al aire, al ‘Aliento de los Dioses’. Además nos presenta that ‘Divine breath’. Drawing from The Odyssey, he introduces a Eolo, valiéndose de la Odisea, desmontando la extendida us to Aiolus, refuting the mistaken but widespread belief that creencia que él es el Dios de los Vientos, cuando se trata más he was the God of the Winds, when actually Zeus merely made de un guardián de los mismos tras haber sido encomendado him their guardian. That intense mythological tour is followed a ello por el gran Zeus. Desde este intenso paseo mitológico by a seductive journey, rife with images and sensations, both haremos un recorrido seductor, lleno de imágenes, desde la artfully reflected by my colleagues Joan Moreno and Jordi gran escala –paisajes del viento en estado puro– hasta la escala Morelló, guided by Andreu Estany. The photographs in their humana –alianza entre el viento y el hombre- y también de chapter capture scenes on scales ranging from the grandest sensaciones; las que mis compañeros Joan Moreno y Jordi (windy landscapes at their most quintessential) to the human Morelló, bajo la batuta de Andreu Estany, han sabido como (the race’s alliance with the wind). In ‘Airs and letters’, that nadie plasmar en ‘El viento, el paisaje y el hombre’. El destino journey’s port of destination, Javier Muñoz takes us on a de este recorrido será el enfoque literario que en ‘Los aires y tour of the wind’s presence in literature. Brilliant as always, he las letras’, el siempre genial Javier Muñoz ha dado al viento. Su identifies allusions in authors from Neruda to Faulkner, from capítulo, en el que tienen cabida desde Neruda hasta Faulkner, Goethe to Hemingway, to name only a few, in a chapter reeking pasando por Goethe y Hemingway, entre otros muchos, un with scholarship and originality. prodigio de cultura y originalidad. Como remate de este primer bloque, quien les escribe ha To round off this first theme, the undersigned has attempted, intentado, con su ‘Soplo de Historia’, acercar los orígenes y in ‘History in a whirl’, to navigate through the origin and devel- evolución de esas máquinas que utilizaron y utilizan la energía opment of machines that harnessed and continue to harness eólica para transformarla en otro tipo de energía, ahora eléc- the wind: today, to generate electric power but historically to trica, pero antaño de otros tipos. Descubrir restos de molinos produce other types energy. Discovering the evocative and históricos tan evocadores e imponentes como los que todavía monumental windmills whose remains are still standing at al día de hoy existen en Nashtifan, Irán –primeros molinos Nashtifan, Iran (the first ever to be used as machines rather de viento que aparecen como máquinas y no como simples than mere objects for amusement or toys), and mentally objetos, entretenimientos o juegos– así como imaginar la reconstructing the grandiosity of up to 10 000 machines concentración de hasta 10 000 molinos en los mejores tiempos operating on Crete’s Lassithi Plain during its Golden Age are

20 21 INTRODUCCIÓN • INTRODUCTION

eólicos de la Meseta de Lassithi en Creta, han sido experien- experiences that not only imbued me with the joy of learning, cias que, añadidas a la natural satisfacción de lo aprendido, me but literally ferried me to centuries past. This chapter also han transportado virtualmente a otros tiempos. Este capítulo attempts to describe how windmills and later wind turbines busca también mostrar al lector, de forma gradual, las sucesivas evolved into the enormous machines that have come to form evoluciones de los molinos de viento primero, y aerogenera- part of today’s landscape, any one of which can generate the dores después, que han desembocado en las grandes máquinas electricity needed to power thousands of homes. eólicas que hoy en día conocemos y casi consideramos parte The book then changes course, sailing in a less cultural and del paisaje y son capaces de proporcionar, cada una de ellas, la more economic direction. In the fifth chapter, Alberto Ceña electricidad necesaria para miles de hogares. shares his vast knowledge of and experience with electricity Llegado a este punto, el libro cambia de rumbo y entra en markets, describing their operation in general and advocating terrenos menos culturales y más crematísticos. Es ahí donde for a greater role for wind in today’s energy scenario. In the Alberto Ceña, primero despliega toda su experiencia y cono- next leg of the voyage, David Sarrasín (what can I possibly cimiento de los mercados eléctricos y, además de mostrarnos say about David, other than that he’s one of my heroes?) su funcionamiento más general, aboga por la necesidad de que adheres to an, in my mind wholly justified, belief in renewable las Energías Renovables, y particularmente la eólica, tengan una energies, wind especially. Masterfully defending their use in his participación y presencia fundamental y creciente en los mismos. chapter on ‘A better world’, he contends that all the notorious Siguiendo con la fe, completamente justificada a mi juicio, en las problems posed by the current energy model (pollution, high Energías Renovables y dentro de las mismas en la eólica, David prices that do not always generate wealth in the source country Sarrasín –qué puedo yo decir de David, si me tiene completa- and excessive geopolitical influence due to certain countries’ mente conquistado– en su capítulo Un mundo mejor, de manera energy dependence on others) are surmountable. His proposal absolutamente genial, en un alegato a favor de aquellas, desarrolla for a new energy model, about which I’ll only say that it rests su teoría según la cual los problemas bien conocidos por todos on three pillars, renewable energies, electric power storage and del modelo energético actual –contaminación, elevados precios the automobile (yes! the automobile), holds enormous promise. que además no generan siempre riqueza en el propio país, y The reader may not want to miss the last item in his chapter, excesiva importancia de la geopolítica debido a la dependencia in which he charts the way for each individual to contribute to energética que muchos países tienen de otros– se ven superados. this change in paradigm. It’s certain to give us pause. Su propuesta para el nuevo modelo energético, de la que solo diré aquí que se basa en tres pilares como son las Energías Reno- The book then takes yet another tack, venturing into more vables, el almacenamiento de energía eléctrica y el automóvil –sí, scientific waters. Chapter 7 discusses the wind as the physical el automóvil– resulta enormemente interesante. Recomiendo, phenomenon it is, shedding light on some of the meteoro- también, no perderse el último punto de su capítulo, en el que logical events that give rise to its existence. Chapter 8 describes otorga a cada persona la posibilidad real de formar parte de este the characteristics that make a site suitable for wind farms, cambio de modelo. Nos hará pensar, a buen seguro. while the theme’s final chapter explains the steps involved in El libro sigue discurriendo y entra, tras otro cambio de tercio, assessing the wind resource, once the instruments required en un bloque que podría tildarse de más científico. El Capítulo for a detailed feasibility analysis are in place. These three 7 trata el viento como el fenómeno físico que es, dando luz chapters, authored by Consuelo Alonso, another person sobre algunos de los conceptos básicos de Meteorología que I feel honoured to have met over the last 5 years, attest to

20 21 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

llevan a su existencia. El capítulo 8 analiza la bondad de los her pedagogical leanings and talents. Knowing Consuelo and emplazamientos susceptibles de ser considerados para la insta- aware of the pace of her worldwide travels, I wouldn’t be at lación de parques eólicos, mientras que el último capítulo de all surprised if these texts were written, or at least outlined, este bloque, el 9, lo culmina con los pasos siguientes en lo in airports, adding if possible to the inherent merit of her que a la evaluación del recurso eólico respecta, una vez que se invaluable collaboration. han situado los equipos de medición que permitirán el análisis The second-last theme of the book is geared to industrial matters detallado de la viabilidad del parque en cuestión. Todos estos and civil construction, with a description of the components capítulos, que constituyen una muestra más de su afán y capa- of individual wind turbines and whole farms. Miguel Núñez, cidades didácticas, han sido redactados por Consuelo Alonso, ‘Migueltxo’, an immense and highly reputed engineer who, I otra de las personas de las que me siento honrado de haber dare say, knows everything there is to know about turbines, has podido conocer durante estos años. Sabiendo de Consuelo taken it upon himself to dismantle one in writing. The nacelle, y de su ritmo de viajes por el mundo al que acostumbra, no the blades, the hub, the gearbox and other components of the me extrañaría nada que sus capítulos hayan sido escritos, o al turbine itself, as well as the pitch, yaw and control systems, the menos esbozados, en distintos aeropuertos, lo que le daría aún supports and earthing circuit, are all highly complex elements más mérito a su ya de por sí inestimable colaboración. that he, taking the general approach of this book to heart, has El penúltimo bloque, el más industrial y civil, nos lleva directa- described with astounding simplicity and clarity. mente a los distintos componentes que conforman una turbina, primero, y un parque eólico, después. Es Miguel Núñez, Following a downward course from the turbine to the ground, Migueltxo, un grandísimo y admirable ingeniero que sabe, y the first element we come across is the tower, our beloved mucho –yo diría que de todo–, quien se ha encargado de despie- tower. This is the structural member to which those of us zarnos por escrito una turbina. Las góndola, las palas, el buje, who work at Esteyco, among them my colleague Juan Carlos la multiplicadora y el resto de componentes que conforman la Rosa, have devoted, devote and will continue to devote many propia turbina, así como los distintos sistemas de orientación hours, days, months and even years of our lives. Juan Carlos y control, apoyos y puesta a tierra. Son todos ellos elementos is one of the team’s most recently enlisted members and one complejos que él, siguiendo al milímetro la idea orientación from whose farsighted know-how it has benefited enormously. rectora básica del libro que se comentaba anteriormente, es In this chapter, he very skilfully explains the importance of the capaz de describir con una sencillez y claridad pasmosas. tower in a wind project, as well as in the cost of and the return Si seguimos virtualmente el camino descendente que nos lleva on investment, inasmuch as it is the element that positions the desde la propia turbina al suelo nos encontraremos inmedia- turbine at the optimal height, depending on the distribution of tamente con la torre, nuestra querida torre. Elemento estruc- wind speeds. Building on that notion, he addresses the present tural al que muchos de los que trabajamos en Esteyco hemos need for innovative solutions that make it possible to erect dedicado, dedicamos y dedicaremos muchas horas, días, meses higher towers at a competitive cost, which, in my opinion, is e incluso años de nuestra vida. Una de estas personas es mi tantamount to seeking a crane-free future. Speaking of which, compañero Juan Carlos Rosa, que si bien ha sido de los with our readers’ permission, I would draw their attention to últimos en llegar, ha aportado un conocimiento y visión muy a particularly ingenious solution, telescopic self-lifting wind importantes al equipo. En el desarrollo del capítulo Juan Carlos towers, in which many of us see enormous promise for a not- ha sabido expresar muy adecuadamente la importancia que la so-distant tomorrow.

22 23 INTRODUCCIÓN • INTRODUCTION

torre tiene en un proyecto eólico, en el coste y en la rentabi- The next harbour in this leg of our journey is in the land of lidad de la inversión también, al ser este elemento el que sitúa conventional civil works, the seed that at Esteyco blossomed la turbina a la altura óptima, dependiendo de la distribución de into the rest of the wind activities in which the firm engages velocidades de viento. Y a este respecto, se señala la problemá- today. My colleague Manfred Petersen, German by birth, tica actual según la cual se precisa de soluciones innovadoras Spaniard by adoption and with a small Turkish streak acquired que permitan subir más altura a un coste competitivo, la cual by marriage, provides us with a splendid compendium of pasará también en mi opinión, por un futuro independiente de his vast knowledge of wind turbine foundations. Rotational grúas. Permítame el lector, llegado a este punto, no perderse el stiffness, anchor bolt cages, embedded steel cans, fatigue and punto relativo a la torre telescópica de hormigón autoelevable, countless other concepts are now familiar to us thanks largely solución ingeniosa donde las haya en la que muchos tenemos to experts like Manfred. Around 8 GW of installed capacity rest depositadas enormes esperanzas en un futuro no tan lejano. on foundations that bear his signature: hardly to be scoffed at.

Aún más abajo entramos en el reino de la obra civil clásica, la In one of the final chapters of this theme, Francesco Miceli semilla que en Esteyco sirvió para el florecimiento del resto narrates the many particularities and champions the often de las actividades eólicas que hoy en día desarrollamos. Y el underestimated importance of wind farms’ internal and access compendio que mi compañero Manfred Petersen, alemán de roads, assembly platforms, drains and other civil works. Fran- nacimiento, español de adopción y también con algún ramalazo cesco, with whom I have had the satisfaction of working in turco gracias a su familia política, hace un espléndido extracto a number of wind farms in widely varying terrains, demons- de todo su conocimiento de las cimentaciones de los aerogene- trates that a suitable design authored by genuine specialists is radores. Rigideces rotacionales, jaulas de pernos, virolas, fatiga instrumental to minimising costs and maximising operability. y tantos otros conceptos nos resultan hoy en día familiares He also describes the most common errors he has identified in gracias en una buena parte a expertos como él. Unos 8 GW de his career, an attitude greatly appreciated at a time when most potencia instalada con cimentaciones que han pasado por sus of us feel tempted to flaunt only our most positive experiences. manos y cabeza le contemplan, casi nada. Although it should be obvious and while we make every effort Cerrando este capítulo de ingeniería civil, Francesco Miceli to do so, civil engineers are not always focused on the sole nos relatará las particularidades, que las hay y muchas, y la objective of wind farms: to maximise electric power genera- importancia, tantas veces minusvalorada, de los caminos inte- tion at the lowest possible cost. Having electrical engineers riores del parque o de acceso, plataformas de montaje, drenajes close by helps us to keep that in mind. And when those engi- y otras obras civiles. Francesco, con quien he tenido la satis- neers are only too eager to share their know-how, as is my facción de trabajar en unos cuantos parques eólicos en muy very young colleague Miguel Ángel Ruiz, expertly guided by diversas regiones, además de mostrar la importancia –también Ramón Sagarra, all his teammates profit immensely. I have to económica– de un adecuado proyecto realizado por auténticos admit that his chapter on electrical works in wind farms is one especialistas en la materia que minimicen los costes maximi- of my favourites. Starting with the fundamentals of genera- zando la funcionalidad, nos muestra los errores más comunes tion, he captains our journey across the electrical equipment que su experiencia ha ido detectando, cosa que es de agradecer and components that carry electric current from its birth in the en estos tiempos en los que todos tenemos la tentación de generator to its delivery to the grid, in an entertaining cruise mostrar únicamente las cosas maravillosas que nos suceden. interwoven with stories and anecdotes. This chapter and this

22 23 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Aunque parezca obvio, y aunque nos esforcemos por hacerlo, theme end on a brave note, venturing predictions about the no siempre los ingenieros civiles tenemos en mente que el source of the electric power to be consumed in future, although único objetivo de un parque eólico es, siempre, la maximización coming as they do from Miguel Ángel (and concurring with de la producción de electricidad al menor coste. El rodearnos David Sarrasín’s forecast in Chapter 6), I believe there’s a fair de ingenieros eléctricos, a este respecto, ayuda a tenerlo bien chance that they’ll be right on target. presente. Y si esos ingenieros tienen los conocimientos y actitud Offshore wind energy merits a separate chapter, for many didáctica que mi jovencísimo compañero Miguel Ángel Ruiz reasons. The first is that, as we all know, that is where the tiene, bien guiado como lo está por Ramón Sagarra, los que future lies. The second is that, in-house, it is the irresistible le rodeamos somos enormemente afortunados. Su capítulo force behind a number of projects, as spectacular as they are relativo a la obra eléctrica en los parques eólicos, he de reco- challenging, to which the word promising fails to do justice. nocer que está entre mis favoritos. Partiendo de los funda- And last but certainly not least is the identity of the author: mentos básicos en materia de generación, nos muestra de una José Serna. José is the tail wind that fills Esteyco’s innovative manera amena y trufada de historia y anécdotas, los equipos y sails and consequently the person responsible for piloting our componentes eléctricos que la corriente va a travesando desde vessel to each new port. He is, without a doubt, one of the su nacimiento en el generador hasta su salida a la red. La culmi- world’s most knowledgeable experts in the field of on- and nación del capítulo, y también de este bloque, es atrevida pues especially off-shore towers and foundations, a discipline in hace un pronóstico del futuro en cuanto al origen de la electri- which other mortals like myself are mere novices. Just reading cidad que consumiremos. Aunque viniendo de Miguel Ángel his chapter attests to that: thanks to him we become immersed –y si además va en la 5línea de lo que David Sarrasín aventuró in offshore wind energy, with all its technical and economic en el capítulo 6– me atrevo a decir que será bastante certera. boundary conditions. We also learn a little more about the Capítulo aparte merece el offshore. Y por muchos motivos. El technological arms and solutions from which engineers can primero, porque todos sabemos que el futuro pasa por ahí. draw to harness and transmit that energy from the severe and El segundo, porque dentro de la casa está suponiendo un adverse conditions where it is generated to the warmer and as estímulo imparable, contándose con una serie de proyectos a rule friendlier environments where it is consumed. que la palabra atractivos no puede expresar lo espectacular y I’ve deliberately left for the end the two texts that open and el reto que suponen los mismos. Y otro más porque es José close this book, Javier Rui-Wamba’s ‘Prologue’ and Miguel Serna quien escribe este capítulo. José es la pieza clave del Ángel Fernández’s ‘Epilogue’ motor de la innovación en Esteyco y, por tanto, responsable I’m fairly certain that the vast majority, if not all, of the people directo de habernos llevado un paso más allá. Se trata, sin duda reading this introduction know Javier, as well they should, for alguna, de una de las personas del mundo con más conoci- his professional merits, which I am not going to list here, are miento de torres y cimentaciones tanto on-shore, como sobre widely reputed and admired. Miguel Ángel’s name may in some todo offshore, el campo en el que la mayoría de los mortales cases be less of a household word, something I assure you aún estamos empezando. No hay más que leer su capítulo para is truly a shame. His combination of practicality and creati- darse cuenta de todo ello. Gracias a él nos sumergiremos en la vity (along with a good measure of perseverance) are keys to energía eólica marina, con todos sus condicionantes –técnicos the fascinating firm that Esteyco has become. Metaphorically y económicos– y conoceremos un poco mejor las armas, en speaking, both men can be said to be the turbines that generate,

24 25 INTRODUCCIÓN • INTRODUCTION

forma de tecnología y soluciones, con la que los ingenieros the blades that harness and transmit energy to the rest of the contamos para poder captar y transportar esta energía desde crew in charge of designing the towers that support Esteyco’s las severas y ásperas zonas en las que se genera, hasta los más wind division today. cálidos y amigables, en general, centros de consumo. Javier’s prologue is a delight to read, although I (modestly but Quería dejar para el final las dos intervenciones que abren y proudly) fear that at times he may have been carried away by cierran este libro, las que corresponden a Javier Rui-Wamba our deep albeit recent friendship. In his epilogue, Miguel Ángel en el ‘Prólogo’ y Miguel Ángel Fernández en el ‘Epílogo’. recalls the amusing conditions that surrounded the genesis of A Javier, estoy seguro, le conocerán la inmensa mayoría de some of the brilliant ideas that will forge Esteyco’s future, and las personas, si no todas, que estén leyendo este texto. Y con which in some ways are already forging what it is today: a firm, razón, pues sus méritos profesionales, que no voy a citar aquí, as Miguel Ángel so wisely notes, for which freedom has some- son bien conocidos y admirados. A Miguel Ángel, quizás no times come at a high price. sea así en algunos casos. Y, lo prometo, es una auténtica lástima This introduction to the chapters in the book and the friends que no lo sea, pues su mezcla de practicidad, creatividad –junto who have consented to contribute to it by putting their exper- también a una importante testarudez– son elementos claves tise in writing aims to encourage the reader to plunge (wind en todo el fascinante Esteyco de hoy en día. Siguiendo con is, after all, a fluid) more deeply into its contents. The time in analogías eólicas, se puede decir que ambos han sido, y siguen any event has now come to sail With a Fair Wind to a brilliant siendo, los generadores que producen, las palas que captan y future teeming with life in which that atmospheric energy will suministran la energía al resto de componentes, así como las help make tomorrow’s world at least a little better than today’s. torres que sustentan, el Esteyco eólico actual. El texto escrito por el primero de ellos como prólogo resulta delicioso, aunque creo, modesta pero orgullosamente, que en algunos momentos se deja llevar por la joven pero profunda amistad que hemos labrado estos últimos años. En el epílogo de Miguel Ángel, se muestra con diversas anécdotas la génesis de algunos de los brillantes conceptos que constituirán el futuro –y también ya parte del presente– del Esteyco de hoy en día. Un Esteyco libre, como bien señala Miguel Ángel, aunque ello tenga un precio. Creo que, una vez presentados los capítulos del libro y los amigos que han prestado su ayuda a a darles forma escrita, si el lector mantiene la curiosidad de sumergirse –al fin y al cabo el viento es un fluido– en la lectura del libro que ahora sujeta entre sus manos, es hora de dejarnos llevar por este Soplo de Viento a favor, como impulso que nos ayuda a transitar hacia un futuro eólico radiante y lleno de vida que servirá para que el mundo sea, al menos, un poco mejor.

24 25 26 27 I. EL ALIENTO DE LOS DIOSES • DIVINE BREATH Una aproximación a una mitología del viento • A glimpse at the mythology of wind JAUME MASCARÓ

I I El hombre, en más de un sentido, puede ser considerado «hijo Humanity can be viewed as a ‘child of the wind’ in more than del viento». Aunque, a fuer de ser precisos, debería decir «hijo one respect, or more precisely, as a ‘child of the air’ for the del aire», porque el viento, dice el diccionario, no es más que wind, according to the dictionary, is merely ‘air in motion’. «aire en movimiento». Su partida de nacimiento, desparramada While the very record of the species’ birth, scattered across en narraciones de múltiples culturas, lo vincula a la tierra, de a host of narratives and cultures, roots it in the earth, the donde, según los latinos recibe el nombre: humus homo, pero si mud, the dust, the clay (hence the Roman label, humus homo), esta vinculación lo enraíza en el barro, en el polvo, en la arcilla, its differential nature and existential reality stem from its airy, su carácter diferencial, su realidad existencial deriva de su espe- gusty specificity... cificidad aérea, ventosa... And every plant of the field before it sprung up in the earth, «Cuando Jahvé Dios hizo la tierra y el cielo, no había todavía and every herb of the ground before it grew: for the Lord ningún arbusto ni había brotado hierba alguna, ya que Jahvé God had not rained upon the earth; and there was not a man Dios no había hecho llover sobre la tierra, ni había ningún ser to till the earth. But a spring rose out of the earth, watering para cultivar los campos, entonces brotó un rio de la tierra y all the surface of the earth. regó toda la superficie de los campos. And the Lord God formed man of the slime of the earth: Entonces, Jahvé Dios formó al hombre con el polvo del and breathed into his face the breath of life, and man became a campo, soplando le hizo penetrar en la nariz un aliento de vida, y el living soul. hombre se convirtió en un ser vivo.» [Book of Genesis, 2, 5-7] [Génesis, 2, 5-7] The Hebrew myth of man’s creation from dust and divine El mito hebreo de la creación del hombre a partir del polvo y breath is the second version of the myth that appears in del aliento divino es la segunda versión del mito de la creación the Book of Genesis and is usually attributed, according to del hombre que aparece en el Génesis y suele atribuirse, según biblical scholars, to the so-called 'Yahwist authors'. It is very los expertos en las Escrituras, a la llamada «Escuela Yahvista». likely an interpolation inspired by Babylonian mythology, Es probable que sea una interpolación, influida por la mito- with which the Semitic world maintained closer connections logía babilónica, con la que el mundo semítico mantiene más than is normally recognised or accepted. Ur in the southern conexiones de las comúnmente conocidas y aceptadas, como Mesopotamian nation of Chaldea, for instance, was the birth- el hecho que Ur de Caldea, al sur de Mesopotamia, sea la patria place of the patriarch Abraham; and the Jews were deported del patriarca Abraham, o que los hebreos sufrieran una depor- from Babylon by Nebuchadnezzer in the sixth century bCe. In Fig. 1. Bóreas rapta a Oritía, P. P. Rubens, 1620 Fig 1. The Rape of Orithya by Boreas by P. P. Rubens, 1620

26 27 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

tación babilónica, realizada por Nabucodonosor, en el siglo VI one of the versions of the Babylonian myth, the goddess Ama- a.C. En una de las versiones de los mitos babilónicos, la diosa arhus moulded living beings out of clay. Although a myth based Araru va fabricando con sus manos a los seres vivos como esta- on potting, more typical of sedentary, farming-based civilisa- tuillas de arcilla. No parece congruente con la tradición hebrea, tions, would appear to be scantly consistent with the nomadic una cultura de pastores nómadas, un mito basado en la técnica herding that characterised Hebrew culture, all Middle Eastern alfarera, que es típica de culturas sedentarias y de vinculación a tradition was deeply influenced by Mesopotamian myths. la agricultura, pero las influencias de los mitos mesopotámicos Another shared creation or re-creation myth, the flood, first en el conjunto de las culturas del Medio Oriente son profundas. appeared in Sumerian mythology, according to which it was Un contexto compartido de la creación del hombre, o de su sent by Enlil out of annoyance with humanity’s vexatious and recreación, es el mito del diluvio que aparece por primera vez noisy activity. The biblical story of Noah's ark is nonetheless en la mitología sumeria, como fenómeno ordenado por Enlil, the better known version of the legend. An echo of the same molesto por la incómoda y ruidosa actividad de los humanos. El myth, with the re-creation of humans from the earth, can be mito del diluvio es más conocido por su versión bíblica, con la found in the Greek story of Prometheus’s son Deucalion and historia del arca de Noé. Un eco del mismo mito, con la consi- his wife Pyrrha. guiente recreación del hombre a partir de la tierra, lo encontramos en Grecia, en la historia de Deucalión y Pirra, el hijo de Later in Greece, the idea of life as air or breath would appear Prometeo. in the form of ψυχή (psyche); more specifically, in the Homeric context it was identified with what disappears when a dying Más tarde, en Grecia, la idea de vida como aire o aliento, hero takes his last breath. ‘Respiration’ stems from the Latin aparecerá bajo la forma de ψυχή (‘psiché’), en el contexto version of psiché, namely spiritus, spirit. Spirit, in its original homérico, es decir, aquello que desaparece en el momento meaning, is nothing more than the intangible that distin- de la muerte, cuando los héroes dejan de respirar y exhalan guishes the living from the dead, the ‘air of life’. Much later, el último aliento. ‘Respirar’, término que remite a la versión beginning in the first century bCe, Roman culture would coin latina de ‘psiché’, que es spiritus, ‘espíritu’. El espíritu no es, en another Greek term to express the property of being alive, su sentido original, más que aquello intangible que distingue Ἄnemos (ánemos), the generic term for the wind (today we a los vivos de los muertos, el «aire de la vida». Y todavía still call a device that measures wind speed an anemometer), mucho más tarde, a partir del siglo I a.C., la cultura latina va which branched into two words, ‘anima’ and ‘animus’, soul and a incorporar, para expresar esta propiedad de estar vivo otro courage. The former, soul, was used to mean the principle of término griego Ἄnemos (‘ánemos’), el término genérico para life: under the influence of Pythagorean and Platonic philo- designar el viento –todavía hoy para nosotros el anemómetro sophy it was regarded as a substance distinct from corporal es el aparato que mide la velocidad del viento– y que van a reality. In older Greek tradition, however (and later for a non- transcribir en dos palabras de muy largo alcance en nuestra dualistic philosophy), anima meant simply a basic function, cultura: anima y animus, el «alma» y el «ánimo». La primera, el breathing, the presence of which is a sign of life. The idea of alma, designa el principio de vida y por influencia de la filosofía the soul as an entity that can subsist outside the body would griega de raíz pitagórica y platónica, será concebida como una be amply developed in Christian tradition, whereas both in realidad sustancial, diversa de la realidad corporal. En cambio, Hebrew texts and Greek mythology whole human beings, not para la tradición arcaica griega –y después para una filosofía just their souls, live after death, either in ‘heaven’ or in ‘hades’.

28 29 I. EL ALIENTO DE LOS DIOSES • DIVINE BREATH.

no dualista–, anima designa simplemente una función básica, The other term, animus, in the masculine gender, means vitality, la respiración, cuya presencia es el signo de la vida. La idea strength, power or zeal. It is closer to the Greek word θυμός de un alma como entidad que puede subsistir separada del (thumós) used by Plato to mean what we generally call soul, but cuerpo va a tener un largo recorrido en la tradición cristiana, its connotations are zeal, passion, i.e., the warmth of the living pero conviene recordar que tanto en los textos hebreos, como as opposed to the chill of the dead. en la misma mitología griega, son los seres humanos íntegros, Another Greek word used to refer to the notion of ‘life-air/ no sus almas, las que viven más allá de la muerte, sea en el breath/wind’ is πνεàμα (pneuma) which means wind or air. In “cielo” o en el “hades”. El otro término, animus, en masculino, classic texts, it is a synonym of ánemos, wind, or simply aer significa la “vitalidad”, la fuerza, la potencia, el ardor. Se parece (aér), air. Lastly, this catalogue of Greek words associated with más al sentido del término griego θυμός (‘thumós’), que suele air and wind would be incomplete without the term aither utilizar Platón para designar lo que solemos llamar alma, pero (aither), ether, that subtle form of air that fills cosmic space. que subraya más el ardor, el sentimiento, es decir, la calidez de lo vivo frente a la frialdad de lo muerto. II También en griego se utiliza otro término para referirse al concepto de “vida-aire/aliento/viento”: pneàma (‘pneuma’), Breathing..., inhaling air..., living defined as ‘having breath’: que significa también viento o aire. En los textos clásicos, es breathing is the most basic of bodily functions, the one least sinónimo de ánemos, el viento, o simplemente de aer (‘aér’), tolerant of interruption. We can go without eating for days, el aire. Quizá deberíamos también incluir en este catálogo de we can stall other vital functions for a while, but we cannot be palabras griegas relacionadas con aire y el viento el término deprived of breathable air for more than a few minutes. Such aither (‘aither’), el éter, esa forma sutil de aire que llena el a miserly allocation of air and wind by the gods is reflected in espacio cósmico. myth in curious ways. Mythical narrative has a widely diverse repertoire of episodes on the role of air/wind, both in the very origin of the cosmos II and in its importance for the survival of gods and humans. Respirar..., aspirar el aire..., vivir como forma de “tener Rather inevitably, the first reference to that repertoire must be aliento”. La respiración es la función vital básica y, de todas to Enlil, the ‘Lord Wind’ in Sumerian mythology, protagonist las funciones biológicas, es la que tolera menos su suspen- of the earliest written version of Mesopotamian cosmogony. sión. Podemos dejar de comer durante días, podemos inactivar Recorded in Cuneiform characters on clay tablets dating from durante un tiempo otras funciones vitales, pero no podemos the second millennium bCe, it nonetheless reflects much prescindir del aire para respirar más allá de unos minutos. Los earlier oral tradition. In its account, ‘in those times’, before dioses parecen avaros con el uso del aire y el viento. Y los mitos there was time or space or anything distinguishable in the lo reflejan de modo curioso. formless magma of existence, a whirlwind, an intense windy Las narraciones míticas muestran un repertorio diverso y disturbance, carried the part that would be called An (heaven) notable del papel del aire/viento, tanto en el origen mismo del upward and thrust the other, Ki (earth) downward. The agitator, cosmos, como en su importancia para la vida de los dioses y the separator responsible for that primeval distinction, the one de los hombres. who first introduced the notion of a recognisable structure

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Probablemente sea inevitable poner en primer lugar el nombre in the universe, was ‘Lord Wind’, the headmost of Sumerian de Enlil, el “Señor-Viento” en la mitología sumeria. La versión gods, Enlil. With him, An (or Anu) and Ki (or Enki), who in más antigua de los textos cosmogónicos de Mesopotamia, Akkadian tradition would be called Ea, constituted the major descrita en tablillas de arcilla del segundo milenio a.C., escritas triad of Sumerian deities. Babylonian theogony, developed en signos cuneiformes, pero que recogen tradiciones orales around them over several millennia across successive Sumerian, mucho más antiguas, cuenta que “en aquel tiempo”, cuando Akkadian and Assyrian cultures, has been conserved to our todavía no existían ni el tiempo ni el espacio, ni nada era times, on occasion only fragmentarily, in texts written on clay todavía distinguible en el magma confuso de lo existente, un tablets. One of the major such texts, the Atra-hasis, a 1 200- remolino, una agitación ventosa intensísima, arrebató hacia line Akkadian poem presumably written around 1650 bCe, arriba una parte que se llamó An, “el cielo”, y lanzó hacia describes the conflict between Enki-Ea, who created humans, abajo la otra parte, que se llamó Ki , “la tierra”. El agitador, beings meant to live from the earthly fruit of their toil, and Enlil, el separador, el que hace posible la primera distinción, la the superior god who, irritated by the resulting din, decided to primera posibilidad de una estructura reconocible del universo eliminate them with a flood.Enki-Ea , however, prevented their es el “Señor-Viento”, el primero y más arcaico de los dioses disappearance through the ministry of the hero of the story, sumerios, Enlil. Con él, An (o Anu) y Ki (o Enki) –que en la Atra-hasis, the equivalent of the Hebrew Noah. tradición acadia se llamará Ea– se configura la tríada principal Perhaps the most famous of the Babylonian texts conserved, de los dioses sumerios, en torno a los cuales va a constituirse la the Enûma eliš, a poem around 1 100 lines long, is written on teogonia babilónica, desarrollada a lo largo de varios milenios, seven tablets probably dating from the late second millennium a través de las culturas sucesivas de sumerios, acadios y asirios, bCe. In its description of the creation of the world, each y conservada, para nosotros, en textos escritos en tablillas de aspect of reality is represented by a divinity. It narrates the arcilla, con frecuencia solo fragmentariamente. Uno de los struggle between Tiamat, the wild force of the universe, who más importantes, como el Atrahasis, un poema de unos 1 200 threatens to destroy the gods themselves, and Enkil-Ea’s versos, escrito supuestamente hacia 1650 a.C., en un contexto young son Marduk. Feeling their power threatened, the gods de cultura acadia, describe el conflicto entre Enki-Ea, que ha appoint Marduk as their king, who in return confronts Tiamat creado a los hombres para que sean laboriosos y produzcan de and defeats her with the essential cooperation of his assistants, la tierra, y Enlil, el dios superior, que fastidiado por el rumor the four main wind-gods. They find their way inside Tiamat de los afanosos humanos, decide eliminarlos con un diluvio to inflate and weaken her immense body, enabling Marduk to universal, pero Enkil-Ea, a través del héroe Atrahasis, el equiva- injure her. He subsequently rips her into two halves, scatters lente del Noé hebreo, consigue evitar su desaparición. her entrails and subjugates her followers, also gods, definitively imposing order on the universe. That order is symbolically En otro de los textos, quizá el más famoso de los conservados, expressed on the ‘Tablet of destinies’, in which Marduk is el Enuma Elish, siete tablillas que contienen un poema de unos portrayed as regulator of meaning and of the future. 1 100 versos, probablemente de finales del segundo milenio The shift from the Lord-Wind, Enlil, primary cosmic architect, a.C., se describe la creación del mundo, donde cada aspecto de to the wind-gods, Marduk’s decisive helpers in his battle against la realidad corresponde a una divinidad y se narra la lucha entre Tiamat, should probably be understood within the logic of Tiamat, la fuerza salvaje del universo, que amenaza con destruir the cultural evolution of Mesopotamia, that rich land whose a los mismos dioses, y Marduk, un dios joven, hijo de Enki-Ea. Greek name describes its location ‘between two rivers’. Enlil,

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Los dioses, que sienten su poder amenazado, designan como Lord Wind, is not an atmospheric phenomenon but the agent dios-rey a Marduk, el cual se enfrenta a Tiamat y consigue derro- who triggered the initial constitution of the universe, i.e., tarla con la colaboración fundamental de sus dioses ayudantes, something that lent meaning to the notion of heaven, Anu, los cuatro vientos principales, que consiguen meterse dentro de and earth, Enki. That the Anu-Enlil-Enki triad was originally ella e inflarla, debilitándola, permitiendo entonces que Marduk related to several city-states, each with its own narratives and la hiera y posteriormente la divida por la mitad, reparta sus myths, may not be trivial. Nippur, whose patron was initially entrañas y someta a todos los dioses que la han ayudado, impo- Enlil, was located in the north, in a mountainous area. Enlil was niendo definitivamente el orden en el universo. Este orden se initially ‘Lord of the Mountain and the Storm’, distinguishable expresa simbólicamente en “la tablilla de los destinos”, con la from the fluvial space and fresh water conducive to the agri- cual Marduk se erige en el regulador del sentido y el futuro. culture that characterised Enki’s territorial domains. Enki (Ea) was lady of the city of Eridu on the lower Euphrates. Heaven, El paso de la figura del Dios-Viento, Enlil, agente primordial earth and water thus began to find their place thanks to Lord de la estructuración cósmica, a los dioses-viento, ayudantes de Wind, who with that differentiation guided the destiny of Marduk, decisivos en su lucha con Tiamat, encierra un desli- human action and the cosmos as a whole. zamiento de sentido, que creo hay que entender de acuerdo con el proceso de la lógica de la evolución cultural de Mesopo- The wind-gods, in contrast, Marduk’s helpers, arose in a period tamia, esa rica tierra “entre dos rios”, que es la etiqueta que le when sovereignty was not an essentially cosmic reference. pusieron los griegos. En el caso de Enlil, señor del Viento, este Rather, it was the expression of the unifying power of a no designa un fenómeno atmosférico, sino un agente desenca- king who controlled a vast realm, from the mountains to the denante del proceso primero e iniciático de la constitución del sea, where the winds defined space and participated in the universo mismo, es decir, aquello que da sentido a la existencia regulatory effect sought in the stories of the gods. At times, misma de algo llamado “cielo”, Anu, y de algo llamado “tierra”, however, their impetuous and unpredictable nature turned Enki. Quizá no sea trivial que la tríada Anu-Enlil-Enki, esté the winds into a malign force, such as in the myth of Ninurta, relacionada en su origen con diversas ciudades-estado, cada one of Enlil’s sons, who marshalled the seven evil winds and una de las cuales genera sus propias narraciones, sus mitos, climbed up the mountain with them to confront his enemy como Nippur, de la que Enlil es originalmente el patrono y Anzû. Those winds are unnamed in the myth. que está al norte, en zona montañosa. Enlil es en su origen “el The texts narrating the myths that have reached us are in Señor de la Montaña y de la Tormenta”, que se distingue del any event nearly always compilations, often fragmented and espacio fluvial, el agua dulce, que favorece la agricultura, que written long after the age when the myths themselves were caracteriza el territorio de Enki (Ea), señora de la ciudad de still local stories that imbued life and society with meaning Eridu, en el curso bajo del Eúfrates. ‘Cielo’, ‘tierra’, ‘agua’ van and stood at the base of community ritual. In the context of encontrando su lugar por la acción del Señor-Viento, el que the construction of state structures designed to control whole marca las diferencias y, por ello, orienta el destino de la acción territories, such as Babylonia, mythological texts were the fruit humana y del conjunto del cosmos. of the sedimentation and accumulation of a variety of materials generated in social environments for which references cannot En cambio, los dioses-viento, los ayudantes de Marduk, corres- always be readily found. Despite those obstacles, however, ponden a un período donde el poder soberano ya no es, bási- certain constants can be identified that reveal their meaning, camente, una referencia cósmica, sino la expresión del poder albeit sketchily.

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unificador de un rey que controla un amplio territorio, de la In conferring upon Enlil, the wind or atmosphere, the montaña al mar, en la que los vientos sirven para definir el revolutionary power of definitively setting the immovable espacio y para ayudar a la acción reguladora que pretenden las into motion – whether this be evolutionary or counterevo- historias de los dioses. Aunque, a veces, su carácter impetuoso lutionary – thus making the wind a primordial and principal e imprevisible puede convertir a los vientos en un fenómeno agent of the creation of the world, this Sumerian tradition maligno, como se cuenta en el mito de Ninurta, uno de los blazed the path which would later be followed in other hijos de Enlil, en que este asciende a la montaña, equipado cosmogonies in which the demiurge Marduk forces Tiamat con los Siete Vientos Malignos, para enfrentarse a su enemigo, into submission by filling her with the winds and cuts her body in half (Enûma eliš, tablet IV, lines 96 et sequentes), or in Anzû. El mito, en este caso, no nos proporciona nombres de which Elohim glides above the waters in the first chapter of tales vientos. Genesis (I:2). Conviene recordar que los textos conservados que recogen [Elena Casin, ‘Mesopotamian Cosmogony’, in Yves Bonnefoy los mitos son, casi siempre, recopilaciones, con frecuencia (ed.), Mythologies, a restructured translation of Dictionnaire des fragmentarias, muy posteriores a la época en que tales mitos mythologies et des réligions des sociétés traditionelles du eran todavía cuentos locales que daban sentido a la vida y a monde antique, p. 155] la sociedad y que, casi siempre, fundaban la práctica ritual de A discussion of Greek cosmogony might serve as a supplement la comunidad. La construcción de estructuras de estado, que to this dual reference to the Babylonian and Hebrew traditions. controlaban un amplio territorio, como en el caso de Babi- In Hesiod’s rendition (The theogeny, lines 120-122), Enlil’s role lonia, hacen que sus textos mitológicos sean producto de sedi- is played not by a wind-god but by a peculiar, differentiating mentación y acumulación de materiales diversos, en los que no agent with a diffuse personality named Eros, ‘fairest among the siempre es fácil encontrar los referentes ambientales y sociales deathless gods, who unnerves the limbs’ This is obviously not que los generaron. Pero a pesar de todo, podemos rastrear en the Eros who appears later in connection with Aphrodite and ellos algunas constantes, que nos permiten esbozar su sentido. the sexual impulse, but of something like what Enlil signified, “Al conferir a Enlil, el viento, la atmósfera, el poder revolu- for his presence in the primeval chaos is associated with the cionario de hacer bascular definitivamente lo inmutable en emergence of Gaia (the Earth) and subsequently of Uranus el movimiento –evolutivo o involutivo– poco importa, que (the sky), who together would engender the whole stormy convierte el viento en el agente primordial y principal de la family of Olympian gods. And while nothing in Eros relates creación del mundo, esta tradición sumeria inaugura la vía him to the wind, his role is similar to Enlil’s, although the que será seguida más tarde por otras cosmogonías, cuando Eros at the beginning of The theogeny seems to be a free agent el demiurgo Marduk corte en dos el cuerpo de Tiamat, unbound to any element and consequently devoid of descen- sometida por él, metiendo dentro de éste los vientos (Enûma dants. He represents the inner force that drives the gradual Elish, tablilla IV, líneas 96 ss.), o cuando Elohim se cierne sobre las aguas en el primer capítulo del Génesis (I, 2 b).” transformation of Chaos into Cosmos, the steady transition from an inchoate and indistinguishable to a differentiated [Elena Casin, “Mesopotamia”, en Yves Bonnefoy (dir.), and identifiable universe. The long list of gods described in Diccionario de las mitologías, vol. I, pag.112]. The theogeny, the succession of generations, their struggles and A esta doble referencia babilónica y hebrea podríamos añadir la conflicts until Zeus consolidates his power, are a mere mytho- de la cosmogonía griega, tal como la recoge Hesíodo (Teogonía, logical resource to explain differentiation. The names of the

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versos 120-122), en el cual el papel de Enlil no corresponde a gods are no more than a list of primeval objects and functions ninguna divinidad del viento, sino a un dios peculiar, agente of the universe-cosmos. diferenciador, de naturaleza difusa, que se llama Eros, “el más That Eros’s sole opponent is Eris (discord) further underscores bello entre los dioses inmortales, desatador de miembros”. his contribution to cosmic genesis although here his persona Evidentemente no se trata aquí del Eros que aparece poste- does not appear to have the grandeur of a founding god. riormente relacionado con Afrodita y el impulso sexual, sino de algo parecido a lo que significaba Enlil, porque su presencia III en el Caos primigenio, se vincula a la emergencia de Gea (la Tierra) y a la posterior aparición de Urano (el Cielo), de los que va Unlike the Enûma eliš, which affords a mere description of a generarse toda la tormentosa familia de los dioses olímpicos. Babylonian Marduk’s helper winds, Hesiod’s The theogeny Y aunque Eros no tiene ninguna característica que lo relacione explains the affiliation of the Ἄνεμοι (ánemoi) (the winds), con el viento, su función es parecida a la de Enlil, aunque el children of Eôs (Dawn), in turn daughter of the Titans Hyperion Eros del inicio de la Teogonía parece un agente libre, que no se (the high-one) and Theia (wide-shining) and sister to Helios, the une a ningún elemento ni, por ello, tiene descendencia alguna. sun, and Selene, the moon. Their father, Astraeus, son of Crius Representa el dinamismo interno que hace posible la progre- and Eurybia, was a second-generation Titan who personified siva transformación del Caos en Cosmos, el paso de un universo the suite of natural phenomena and basic forces of nature, confuso e indistinguible a otro diferenciado e identificable. La particularly those that move in luminous astral space. It is the larga lista de dioses que nos relata la Teogonía, que se suceden wind-gods’ duty to organise human and divine space. Hence en generaciones diversas, con sus luchas y conflictos hasta la they are closely associated with their geographic provenance, consolidación del poder de Zeus, no es más que el recurso mito- their place of origin so that, for the first time, their existence lógico del reconocimiento de la diferenciación. Los nombres de affords a basic outline for spatial orientation: los dioses son simplemente una relación de objetos y funciones And Eos bare to Astraeus the strong-hearted winds, primordiales del universo-cosmos. brightening Zephyrus, and Boreas, headlong in his course, and Eros solo tiene como oponente a Eris, ‘la discordia’, lo que Notus. subraya todavía más su contribución a la génesis cósmica, [The theogeny, lines 378-380] aunque su figura, en este contexto, no parezca tener la grandeza Oddly, Hesiod mentions only three of the original winds: de un dios-fundador. Ζέφιρος (Zephyr), Βορέας (Boreas) and Νότος (Notus), making no reference to the fourth, Εΰρος (Eurus), the last of the four III cardinal points. Eurus, however, is more often associated with En contraposición a la mera descripción de los Vientos- the southeast wind, i.e., the wind from the region between Ayudantes del babilónico Marduk, la Teogonía de Hesíodo nos Syria and Egypt, seen from the Greek perspective. explica bien la filiación de los Ἄnemos (ánemoi), “los vientos”, These, the four best known winds, are the ones that appear hijos de Eôs, la Aurora, a su vez hija de los titanes Hyperion, predominantly in mythical texts. But in classical Greece the “el que està en lo alto” y Theia, “la luminosa”, y hermana de intermediate winds were also given names, such as Caicias Helios, “el sol”, y de Selene, “la luna”. Su padre, Astreo, hijo de (northeast), Euronotus (southeast, when Eurus was not so Crio y Euríbia, pertenece también al linaje de los titanes de affiliated), Lips (southwest), Skeiron (northwest) and Thraskias

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segunda generación, que expresan y personifican el conjunto de los fenómenos naturales y de las fuerzas básicas de la naturaleza, en especial de las que se mueven en el espacio luminoso y astral. Los dioses -viento tienen la función de organizar el espacio en el que circulan los hombres y los dioses, por ello su filiación está íntimamente ligada a su procedencia geográfica, a su lugar de origen, de modo que, por primera vez, su existencia dibuja un esquema básico, que permite la orientación espacial: “Eos, con Astreo, uniéndose amorosamente la diosa con el dios, tuvo a los vientos de impetuoso soplo, el purificador Céfiro, el veloz Bóreas y el Noto.” [Teogonía, vss. 378-380] Es curioso que en esta relación de Hesíodo se mencionen únicamente tres vientos originales: Ζέφιρος (Céfiro),Βορέας (Boréas), Νότος (Noto), y no se menciona al cuarto viento, Εΰρος (Euro), que completa la referencia a los puntos cardi- nales, aunque Euro con mayor frecuencia se refiere al viento sudeste, es decir, el que proviene de espacio comprendido entre Siria y Egipto, visto desde la perspectiva de Grecia. Estos cuatro vientos constituyen los más conocidos y son los que aparecen de forma predominante en los textos de carácter mítico. Pero en la Grecia clásica se usaban también nombres para designar los vientos intermedios como Kaikias (noreste), Euronoto (sudeste, cuando Euro se usaba para designar el este), Lips (sudoeste), Skeiron y Thraskias (noroeste). Estas denomina- ciones aparecen en textos de tipo descriptivo y geográfico, sin vínculos significativos con narraciones o historias de la mito- logía griega conocida. La importancia mitológica de los vientos en Grecia es muy desigual. Cada uno de ellos remite a una dirección en el espacio, pero ésta no es abstracta, ni deriva de una concep- ción geométrica del espacio. Como ya hemos indicado, su origen es de vinculación geográfica, como sucede en todas las culturas y tradiciones populares, fuente primaria de los mitos.

Fig. 2. Eós, la Aurora. Dawn, Evelyn Morgan, 1895 Fig 2. Fig. 2. Eós. Dawn, Evelyn Morgan, 1895

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No deja de ser curioso que en la Ilíada, fuente básica y arcaica or Circios (north-northwest). These names appear in descriptive de muchos mitos, los vientos que suelen mencionarse aparecen and geographic texts, devoid of any significant ties to known habitualmente personalizados, con sus nombres propios, pero Greek mythological narratives or stories. no caracterizados con rasgos divinos, sino como simples fenó- The mythological importance of the winds in Greece was menos naturales, que condicionan la navegación y la agricul- uneven. Each referred to a spatial direction, which was neither tura, los dos ámbitos principales de la vida de los pueblos que abstract nor derived from a geometric concept of space. As allí aparecen. Así, por ejemplo: observed, their origin was geographic, as in all folklore, the “Así dijo; y a todos los que no habían asistido al consejo se primary source of myths. Oddly, in The iliad, the basic and earliest les conmovió el corazón en el pecho. Agitóse el ágora como source of many myths, the winds most often mentioned were las grandes olas que en el mar Icario levantan el Euro y el Noto normally personified with their names but afforded no divine cayendo impetuosos de las nubes amontonadas por el padre Zeus. features. Rather, they appeared as mere natural phenomena Como el Céfiro mueve con violento soplo un crecido trigal y se cierne that conditioned navigation and agriculture, the two major sobre las espigas, de igual manera se movió toda el ágora.” domains of the peoples concerned. Hence, for instance: [Canto II, 142 ss. El subrayado es nuestro] With these words he moved the hearts of the multitude, “Como las olas impelidas por el Céfiro se suceden en la ribera sonora, y so many of them as knew not the cunning counsel of primero se levantan en alta mar, braman después al romperse Agamemnon. They surged to and fro like the waves of the en la playa y en los promontorios, suben combándose a Icarian Sea, when the east and south winds [Euros and Notus] lo alto y escupen la espuma; así las falanges de los dánaos break from heaven's clouds to lash them; or as when the west marchaban sucesivamente y sin interrupción al combate.” wind [Zephyr] sweeps over a field of corn and the ears bow beneath the blast, even so were they swayed. [Canto IV, 422 ss] [Book II, 142 et sequentes] “Como el Euro y el Noto contienden en la espesura de un monte, As when some mighty wave that thunders on the beach when agitando la poblada selva, y las largas ramas de los fresnos, the west wind has lashed it into fury – it has reared its head encinas y cortezudos cornejos chocan entre sí con inmenso afar and now comes crashing down on the shore; it bows its estrépito, y se oyen los crujidos de las que se rompen, de arching crest high over the jagged rocks and spews its salt semejante modo troyanos y aqueos se acometían y mataban, foam in all directions – even so did the serried phalanxes of sin acordarse de la perniciosa fuga.” the Danaans march steadfastly to battle. [Canto XVI, 765 ss] [Book IV, 422 et sequentes] Euro, Noto y Céfiro son aquí utilizados como comparación para As the east and south wind buffet one another when they mostrar efectos de impacto psicológico, de ímpetu militar o beat upon some dense forest on the mountains – there is de confrontación en la batalla, a partir de sus efectos en la beech and ash and spreading cornel; the to[ps] of the trees agricultura, en el mar o en los bosques, pero como puros fenó- roar as they beat on one another, and one can hear the menos atmosféricos, de modo que la experiencia del oyente, boughs cracking and breaking – even so did the Trojans and –recordemos que los versos de La Ilíada eran recitados por los Achaeans spring upon one another and lay about each other, aedos–, permite interpretar de modo expresivo el sentido de and neither side would give way. la narración. [Book XVI, 765 et sequentes]

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Pero en el inicio de la descripción de los preparativos del The east, south and west winds were used as similes to convey combate entre Patroclo y Héctor, en el que aquel suplanta a psychological impact, military might or bodily confrontation su amigo Aquiles, sí hay una referencia explícita a un mito in war, based on their effects on farming, the sea or forest, but referido a Céfiro, el primaveral viento del oeste: they were invoked as mere atmospheric phenomena to enable “Patroclo mandó a Automedonte el amigo a quien más the listener (The iliad, after all, was recited by the aoidoi) to grasp honraba después de Aquiles, destructor de hombres. y el the expressive power of the narrative. más fiel en resistir a su lado la acometida del enemigo en The beginning of the description of Patroclus’s and las batallas, que enganchara en seguida los caballos. Autome- Automedon’s preparations for combat, in which the former donte unció debajo del yugo a Janto y Balio, corceles ligeros que impersonates his friend Achilles, does, however, contain an volaban como el viento y tenían por madre a la harpía Podarga, la cual, explicit reference to a myth around Zephyr, the west wind of paciendo en una pradera junto a la corriente del Océano, los concibió the spring: del Céfiro.” He [Patroclus] bade Automedon yoke his horses with all [Canto XVI, 145 ss] speed, for he was the man whom he held in honour next after Los avatares de los dioses-viento griegos corresponden sobre Achilles, and on whose support in battle he could rely most todo a Céfiro, el viento del oeste, y a Bóreas, el frio e impe- firmly. Automedon therefore yoked the fleet horses Xanthus tuoso viento del norte. Euro, viento del este, o más frecuente- and Balius, steeds that could fly like the wind: these were they whom the harpy Podarge bore to the west wind, as she was grazing in a meadow mente del sudeste, apenas aparece en las múltiples narraciones by the waters of the river Oceanus.’ míticas, que a lo largo de siglos se fueren contando, rehaciendo y reajustando, en función de criterios puramente literarios o, [Book XVI, 145 et sequentes] incluso en algún caso, políticos. Y Noto, el cálido viento del Greek wind-god avatars most frequently involved Zephyr, the sur, que corresponde al verano, aparece solo esporádicamente. wind of the west, and Boreas, the cold and impetuous wind of Bóreas (subrayemos de paso que en griego es Boreas, acen- the north. Eurus, wind of the east, or more commonly of the tuado en la ‘e’) es un viento áspero y frio, como corresponde southeast, barely appears in the many mythical narratives that a su país de origen, Tracia, al norte de Grecia. Por ello, se le were recounted, rewritten and adjusted over the centuries in asocia también al invierno. Es veloz, violento y caprichoso. En keeping with purely literary or on occasion political criteria. versiones tardías, se cuenta que raptó a Oritía, hija de Erecteo, Notus, in turn, the warm south wind associated with the uno de los reyes míticos de Atenas, al que está dedicado uno summer, is cited only sporadically. de los más famosos templos de la Acrópolis. La historia del Boreas (‘Boréas’ in Greek) was a coarse, cold wind, befitting his rapto, mientras la joven jugaba en un prado a orillas del rio Thracian origin in northern Greece. He was consequently also Iliso, muy parecido a muchos casos similares de la mitología associated with winter. He was speedy, violent and whimsical. griega, hay que relacionarla tanto con el carácter imprevisible In later versions, he was said to have abducted Orithyia, y violento del dios-viento, que da sentido a su presencia, como daughter of Erechtheus, a mythical king of Athens to whom con la justificación de su descendencia.Bóreas tuvo de la misma one of the most famous temples on the Acropolis is dedicated.

(pág. siguiente) (next page) Fig. 3. Grabado de rosa de los vientos de Pedro Reinel, 1504 Fig. 3. Engraving of a wind rose, Pedro Reinel, 1504

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Oritía, a la que llevó a Tracia, dos gemelos, Zetes y Calais, The story of the abduction, as the young woman played on conocidos como los Boréadas, que tuvieron un papel relevante the bank of the River Ilissos (as is so often the case in Greek en la famosa aventura de los argonautas. En la versión nove- myths), must be interpreted in light of both the unpredic- lesca de Apolonio de Rodas, Las Argonáuticas, los boréadas son table and violent personality of the wind-god, which makes protagonistas de diversas aventuras, todas ellas basadas en su his presence meaningful, and the significance of his descen- velocidad, entre las cuales destacan el haber liberado a Fineo, dants. Orithyia bore Boreas twin brothers, Zetes and Calais, esposo de su hermana Cleopatra, del acoso de las Harpías. known as the Boreads, who played a significant role in the Y por su consejo, el gran Heracles fue abandonado por los Argonauts’ famous quest for the golden fleece. In Apollonius argonautas, que buscaba a Hilas. Por ello Heracles los mató, of Rhodes’ fictional version, the Argonautica, the fleet-footed más tarde, según se dice, en la isla de Temos, donde erigió dos Boreads were the lead characters in a number of adventures. estelas de piedra en su memoria. Se contaba que las piedras se Among the most notable was their rescue of Phineas, their movían, cada vez que soplaba el viento del norte, Bóreas. sister Cleopatra’s husband, from the Harpies. On the Boreads’ De Céfiro, el dios del viento del oeste, el que trae las lluvias advice, the Argonauts left great Heracles behind as he searched primaverales, que está relacionado con el resurgimiento de los for Hylas. In revenge, Heracles ultimately killed them on the vegetales, se cuentan historias diversas, como la ya mencionada isle of Tenos, where he built two stone stelas as gravestones en La Ilíada de haber engendrado de Podarge, una Harpía, which, legend would have it, move whenever Boreas, the north a Janto y Balio, los veloces e inmortales caballos de Aquiles. wind, blows. A Céfiro se le atribuye una aventura con una de las Horas, Numerous stories were told about Zephyr, the west wind that –Eunomía, Dike y Eirene, hijas de Zeus y Temis–, no se dice brings the spring rain and is associated with the re-blooming cual, de la que habría tenido un hijo, Carpo, que significa “el of plants. In one, mentioned earlier, in The iliad, he begat fruto”. Una vez más, su relación con el período del año que Xanthos and Balios, Achilles' swift and immortal horses, le corresponde, la primavera, justifica los mitos de su relación offspring of the harpy Podarge. Zephyr was said to have had con las flores y los frutos. Incluso, en una versión novelesca, an affair with an unspecified Hora (Eunomia, Diké or Eirene, se hace a Céfiro esposo de Iris, con quien habría engendrado a daughters of Zeus and Themis), who bore him a son, Karpos, Eros, el pícaro dios del séquito de Afrodita. Quizá más rebus- which means fruit. Here also, his relationship with spring justi- cada es la historia de la muerte del bello y joven Hiacinto, del fied the myths around flowers and fruit. In a fictional version, cual estaba enamorado Apolo. Cuando ambos estaban jugando Zephyr married Iris and fathered the mischievous Eros, one of a lanzar un disco, este fue desviado por Céfiro, celoso, lo que the gods in Aphrodite’s retinue. What may be a more convoluted provocó la muerte de Hiacinto. De su sangre, al tocar el suelo, story revolved around the death of the young and handsome brotó una bella flor, llamada “jacinto”. Hyacinth, beloved of Apollo. While the two lovers were En la mitología griega de los vientos merece una especial practising the discus throw, the jealous Zephyr blew the disk mención un personaje de La Odisea, Aoloq (Eolo), cuyo back, killing Hyacinth. From the blood-soaked ground nombre ha perdurado como el más conocido de los dioses del sprouted a beautiful flower, the hyacinth. viento, y que ha producido el adjetivo “eólico”, de uso habitual In the Greek mythology around wind, one of the characters para referirse a la energía y la acción del viento en general. Creo in The odyssey, Aiolos (or Aeolus), merits special mention, as que vale la pena reproducir el texto completo: his name has endured as the best known of the wind-gods

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“Llegamos a la isla Eolia donde moraba Eolo Hipótada, caro and serves as the root for a number of wind-related words in a los inmortales dioses, isla flotante, a la cual cerca broncíneo modern English. The full text of the epic is worth revisiting. e inquebrantable muro, y en cuyo interior álzase escarpada Thence we went on to the Aeoli island where lives Aeolus son roca. A Eolo naciéronle doce vástagos en el palacio: seis hijas of Hippotas, dear to the immortal gods. It is an island that y seis hijos florecientes; y dio aquellas a estos para que fuesen floats (as it were) upon the sea, iron bound with a wall that sus esposas. Todos juntos, a la vera de su padre querido y de girds it. Now, Aeolus has six daughters and six lusty sons, so su madre veneranda, disfrutan de un continuo banquete en el he made the sons marry the daughters, and they all live with que se les sirven muchísimos manjares. Durante el día percí- their dear father and mother, feasting and enjoying every bese en la casa el olor del asado y resuena toda con la flauta; conceivable kind of luxury. All day long the atmosphere of y por la noche duerme cada uno con su púdica mujer sobre the house is loaded with the savour of roasting meats till it tapetes, en torneado lecho. groans again, yard and all; but by night they sleep on their Llegamos, pues, a su ciudad y a sus magníficas viviendas, y well-made bedsteads, each with his own wife between the Eolo tratóme como a un amigo por espacio de un mes y blankets. These were the people among whom we had now me hizo preguntas sobre muchas cosas –sobre Ilión, sobre come. las naves de los argivos, sobre la vuelta de los aqueos– de Aeolus entertained me for a whole month asking me questions todo lo cual le informé debidamente. Cuando quise partir y all the time about Troy, the Argive fleet, and the return of the le rogué que me despidiera, no se negó y preparó mi viaje. Achaeans. I told him exactly how everything had happened, Dióme entonces, encerrados en un cuero de un buey de nueve años and when I said I must go, and asked him to further me on que antes había desollado, los soplos de los mugidores vientos, pues el my way, he made no sort of difficulty, but set about doing so Cronida habíale hecho árbitro de ellos, con facultad de aquietar o de at once. Moreover, he flayed me a prime ox-hide to hold the ways of excitar al que quisiera. Y ató dicho pellejo en la cóncava nave the roaring winds, which he shut up in the hide as in a sack- for Jove con un reluciente hilo de plata, de manera que no saliese ni had made him captain over the winds, and he could stir or still each one el menor soplo; enviándome el Céfiro para que, soplando, of them according to his own pleasure. He put the sack in the ship llevara nuestras naves y a nosotros en ellas. Mas, en vez de and bound the mouth so tightly with a silver thread that not suceder así, había de perdernos nuestra propia imprudencia. even a breath of a side-wind could blow from any quarter. Navegamos seguidamente por espacio de nueve días con sus The West wind which was fair for us did he alone let blow as noches. Y en el décimo se nos mostró la tierra patria, donde it chose; but it all came to nothing, for we were lost through vimos a los que encendían fuego cerca del mar. Entonces me our own folly. sentí fatigado y me rindió el dulce sueño; pues había gober- Nine days and nine nights did we sail, and on the tenth day nado continuamente el timón de la nave que no quise confiar our native land showed on the horizon. We got so close in a ninguno de los amigos para que llegáramos más pronto. that we could see the stubble fires burning, and I, being then Los compañeros hablaban los unos con los otros de lo que dead beat, fell into a light sleep, for I had never let the rudder yo llevaba a mi palacio, figurándose que era oro y plata, reci- out of my own hands, that we might get home the faster. On bidos como dádiva del magnánimo Eolo Hipótada. Y alguno this the men fell to talking among themselves, and said I was de ellos dijo de esta suerte al que tenía más cercano: bringing back gold and silver in the sack that Aeolus had given —¡Oh dioses! ¡Cuán querido y honrado es este varón, de me. ‘Bless my heart’, would one turn to his neighbour, saying, cuántos hombres habitan en las ciudades y tierras adonde ‘how this man gets honoured and makes friends to whatever llega! Mucho; y valiosos objetos se ha llevado del botín de city or country he may go.

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Troya; mientras que los demás, con haber hecho el mismo See what fine prizes he is taking home from Troy, while we, viaje, volveremos a casa con las manos vacías. Y ahora Eolo, who have travelled just as far as he has, come back with hands obsequiándole como a un amigo, acaba de darle estas cosas. as empty as we set out with – and now Aeolus has given him Ea, veamos pronto lo que son, y cuánto oro y plata hay en ever so much more. Quick – let us see what it all is, and how el cuero. much gold and silver there is in the sack he gave him.’ Así hablaban. Prevaleció aquel mal consejo y, desatando mis Thus they talked and evil counsels prevailed. They loosed amigos el odre, escapáronse con gran ímpetu todos los vientos. En the sack, whereupon the wind flew howling forth and raised a storm seguida arrebató las naves una tempestad y llevólas al ponto: that carried us weeping out to sea and away from our own ellos lloraban, al verse lejos de la patria; y yo, recordando, country. Then I awoke, and knew not whether to throw medité en mi inocente pecho si debía tirarme del bajel y myself into the sea or to live on and make the best of it; but morir en el ponto, o sufrirlo todo en silencio y permanecer I bore it, covered myself up, and lay down in the ship, while entre los vivos. Lo sufrí, quedéme en el barco y, cubriéndome, the men lamented bitterly as the fierce winds bore our fleet me acosté de nuevo. Las naves tornaron a ser llevadas a la back to the Aeolian island. isla Eolia por la funesta tempestad que promovió el viento, [The odyssey, Book X, 1 et sequentes, author’s emphasis] mientras gemían cuantos me acompañaban.” [La Odisea, X, 1 ss –versión de Luís Segalá– el subrayado en Most of the references to Aeolus, ‘captain of the winds’, draw cursiva nuestro] their inspiration from the above text. Apollodorus, Strabonos and Pausanias, among others, followed that tradition, although La mayoría de las referencias a Eolo, como señor de los vientos, Aeolus is sometimes said to have been fathered by Poseidon se inspiran en este texto. Apolodoro, Estrabón, Pausanias, instead of the mortal Hippotes, to give him a closer kinship entre otros, recogen esta tradición, aunque a veces se atribuye with the immortals. Aeolus, king of Aeolia, an island that has la filiación de Eolo a Posidón, en lugar del mortal Hípotes, para been identified with one of the Aeolians, Stromboli or Lipari, otorgarle una más clara vinculación al círculo de los inmortales. was not actually a wind-god, but a ruler vested by Zeus with Eolo, rey de Eolia, isla que ha sido identificada con alguna de control of the winds. This control he kindly handed to Odysseus las islas del archipiélago eolio, Stromboli o Lípari, no es en (Ulysses) for smoother sailing home, although the voyage was realidad un dios de los vientos, sino un rey-encargado por aborted by the greed of his crew, to their own detriment. Zeus de su control, y que Eolo entrega amablemente a Odiseo (Ulises), para hacer más fácil su navegación de vuelta a la patria y que la avaricia de los tripulantes frustrará para desgracia suya. IV This brief overview of the stories about the wind in Greek IV mythology shows that myths played a significant but not a El rápido recorrido por las historias sobre los vientos en la primary role in Greek folklore. They served as metaphors mitología griega muestra hasta que punto tales mitos ocupan to explain the vicissitudes of the Trojan War or as partial un lugar importante, pero no primario, en el imaginario popular anecdotes to illustrate the effects of the wind on Greek agri- griego. Como metáforas para explicar los avatares de la guerra culture and especially seafaring. If ancient myths, from which de Troya, o como anécdotas parciales para ilustrar la experiencia a culture draws its meaning, are the narrative form of rituals de los efectos de los vientos en la vida de los griegos, tanto en that aim to order and guide life in community, no record has

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la agricultura como, muy especialmente, por lo que se refiere reached us of rites specifically related to the wind. The ritual a la navegación. Si los mitos antiguos, los que otorgan sentido reference to the wind was probably embedded in broader rites a una cultura, son la forma narrativa de prácticas rituales, que associated with agricultural seasonality and reproduction. The pretenden ordenar y pautar la vida de una comunidad, no abundance of accounts in which Zephyr is the protagonist may tenemos constancia de rituales específicos relacionados con attest to that. Nonetheless, one rite may have been specifically los vientos. Es probable que la referencia ritual a los vientos se related to the wind or the weather. Celebrated at the start of incluya en rituales más amplios, relacionados con la estaciona- the Greek sailing season in April, it consisted in building a lidad agrícola y la reproducción. Es probable asimismo que la scale model of a sailboat that was then carried in procession abundancia de relatos en los que es protagonista Céfiro sea un to a beach-port, where, sails unfurled, it was flung into the sea. exponente de este hecho. Pero hay quizá un ritual específico If the wind carried it seaward it heralded good fortune for relacionado con los vientos, o con las condiciones atmosfé- the season. No wind-god is mentioned in any known myth, ricas, que describe cómo al comienzo del período de la nave- however, in connection with this practice. The explanation gación, en el mes de abril, se practicaba en Grecia un ritual may be that the importance of navigation for the Greeks consistente en fabricar una barca de vela, a pequeña escala, que would have induced them to beseech protection directly from era llevada procesionalmente a una de las playas-puerto. Con la Zeus or one of the major divinities, of whose designs the wind- vela desplegada era lanzada al mar. Si el viento la llevaba mar gods were mere vehicles. A significant example of this may be adentro era buen augurio para la temporada que se iniciaba. found in one of the so-called ‘tragic myths’, popularised in the Y sin embargo no conocemos ningún mito referido a algún texts of the tragedies. The myth in question, the sacrifice of dios-viento que lo recubra. La explicación podríamos encon- Iphigenia, is known today primarily thanks to Iphigenia at Aulis, trarla en el hecho que la importancia de la navegación para los written by Euripides (c. 480-406 bCe) probably around 408 griegos hace que el reclamo de su protección se haga directa- bCe. This play finds the Greek squadron under the command mente a Zeus o a alguna de las divinidades mayores, siendo of Agamemnon at Aulis and unable to sail to Troy for want los dioses-viento simples instrumentos de sus designios. Quizá of a favourable wind, which Zeus has prevented from blowing. un ejemplo significativo de este hecho podría ser un mito de ‘The birds are still at any rate and the sea is calm; hushed are los que llamamos “mitos trágicos”, aquellos cuya divulgación the winds, and silence broods o'er this narrow firth’, bemoans se da en los textos de las tragedias. Se trata del mito del sacri- the king. The ‘hushed winds’ were an imposition made by ficio de Ifigenia. El texto más conocido por nosotros es el de Artemis, goddess of the hunt, offended because apparently Ifigenia en Aulide, escrita probablemente hacia el 408 a.C. por Agamemnon hunted a deer in a region reserved to the her Eurípides (c. 480-406), en la que la escuadra griega, coman- and promised that in restitution he would offer her whatever dada por Agamenón, se encuentra en Aúlide imposibilitada was first born in his kingdom. Unfortunately for him, the first de zarpar hacia Troya, porque no encuentra viento favorable born was his daughter Iphigenia who, according to the ruling debido a que Zeus lo impide. “No hay ningún rumor, ni de of the prophet Calchas, would have to be sacrificed. Threa- pájaros ni de mar. Los silencios del viento dominan este estrecho de tened with mutiny among the members of the pan-Hellenic Euripo”, se lamenta el rey. El “silencio del viento” se debe a fleet, Agamemnon was forced to bow to Artemis’s wishes. una exigencia de Ártemis, la diosa cazadora, que se considera In Iphigenia’s lament when she discovers her tragic destiny, ofendida, porque parece que Agamenón cazó un ciervo en governance of the winds is explicitly attributed to Zeus. territorio reservado a la diosa y prometió que como desagravio

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le ofrecería lo primero que naciera en su reino. Desgraciada- Iphigenia.- [...] I would this Aulis had never received in its mente para él, el primer nacido fue su hija Ifigenia, según el havens here the sterns of their bronze-beaked ships, the fleet dictamen del adivino Calcante y la diosa reclama su sacrificio. which was speeding them to Troy; and would that Zeus had Agamenón, ante la amenaza de rebelión de los miembros de la never breathed on the Euripus a wind to stop the expedition, flota panhelénica, se ve obligado a acceder a las exigencias de tempering, as he doth, a different breeze to different men, Ártemis. El lamento de Ifigenia, cuando se entera de su trágico so that some have joy in setting sail, and sorrow some, and destino, expresa claramente la idea de que es el mismo Zeus others hard constraint, to make some start and others stay quien gobierna los vientos: and others furl their sails! “Ifigenia [...] ¡Ojalá que nunca hubiera acogido esta Áulide en sus fondeaderos a las popas de las naves de broncíneo V espolón, la flota que navega hasta Troya, y que Zeus no hubiera soplado un viento contrario sobre el Euripo, él que As a result of its importance in human life, the presence of dispone un viento distinto para unos y para otros, para que wind has been highlighted and differentiated with names that unos hombres se alegren de sus velas hinchadas, haya para bestow on it a ‘personal’ identity. The stories, accounts and otros pesar, y para otros necesidad, y unos zarpen, éstos myths generated around those names have been blended more atraquen, y otros se retrasen.” or less successfully into the suite of narratives that comprise [Eurípides, Ifigenia en Aúlide, versos 1320-1330 –versión de what is known as a community’s ‘mythology’. For the members A. Medina González y Juan Antonio López Férez] of a community, the winds are identified by their name and have a distinct ‘personality’. In the Spanish region of Aragon, the Moncayo takes its name from the eponymous mountain V between Zaragoza and Soria. In the province of Salamanca, La importancia que el viento tiene en la vida de los humanos the wind is Montalvo, and Morella in Maestrazgo, likewise ha hecho que su presencia sea diferenciada y destacada, in Aragon, while the strong north wind that blows in Cata- otorgándoles nombres propios que les proporcionan iden- lunya or Menorca is the Tramontana. Such names are nearly tidad “personal” y han permitido elaborar sobre ellos histo- always related to their area of provenance and countless rias, cuentos, mitos, que se han integrado mejor o peor en proverbs attest to the ongoing significance of the wind in local el conjunto de narraciones populares que constituyen lo que life. The origin of these names is sometimes clear and explicit, llamamos “mitología” de una comunidad. Para los nativos but at others it has been obscured by time, making it difficult de una comunidad, los vientos se identifican con su nombre to determine where they actually come from. In southern y tienen su “personalidad”: el Moncayo, en Aragón, por el Spain the warm wind from the other side of the Straight of monte del mismo nombre, entre Zaragoza y Soria, el viento Gibraltar is called ábrego, a name deriving from Africus the de Montalvo, en Salamanca, el Morellà, el viento de Morella, Roman name for the south wind, i.e., the wind from Africa. en el Maeztrazgo, la Tramontana, potente viento del norte, The cierzo is the northwest wind in the Spanish regions of en Cataluña o en Menorca... Tales nombres de los vientos Aragon, Navarre and Rioja, called cerç or cerès in Catalan. tienen casi siempre un origen relacionado con el territorio All three trace their roots to the Latin circius, by way of its de su procedencia geográfica y son innumerables los refranes conversion into cercius’ populares que dan testimonio de la vivencia local del viento

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[vid. http://stel.edu/paremio-rom] A veces tal origen es claro Examples of this obscurity and conversion lie in the names y explícito, pero otras veces se ha hecho opaco con el tiempo of the winds in modern Catalan, which suggest a marine and y nos cuesta reconocer desde donde aquellos nombres tenían Italian or at least a Mediterranean origin. sentido. En el sur de España se llama ábrego al viento cálido Tramontana is derived from the Latin transmotanus, very que proviene del otro lado del estrecho. El nombre deriva de likely by way of the Italian tra-i-monti, the wind that comes ‘africus’, nombre latino del viento meridional, es decir el viento from the mountains. Anti-intuitively, however, the mountains de África. O el cierzo, viento del noroeste en Aragón, Navarra to which it refers are not the Pyrenees but the Alps: a strong y la Rioja, que también tiene su versión en catalán, el cerç o cold wind that rolls across the Adriatic Sea. cerès, nombre que proviene del nombre latino del mismo viento ‘circius’, a través de su transformación via ‘cercius’. Gregal comes from graecale, the wind from Greece. Un buen ejemplo de estas opacidades y transformaciones Xaloc, a rendering of the Italian sirocco, the southeast wind, son los nombres de los vientos en el catalán actual, que por appears to come from the Arabic Šalôk or shûluq, meaning su origen, sugieren una procedencia de influencia marinera e east or warm wind. Geographically, its provenance is Egypt. italiana, o en cualquier caso, mediterránea: In Spanish, sailors use the term jaloque to designate the southeast wind. Tramontana deriva del latín ‘transmotanus’, probablemente a través de su versión italiana, ‘tra-i-monti’, el viento que Migjorn is the south wind, which translates into English as proviene de los montes, pero, en contra de lo que pudiera midday, derived from the Latin meridies. parecer, los montes a los que el nombre se refiere no son los Pirineos, sino los Alpes, es decir el viento fuerte y frio que Llebeig, the wind from the southwest, comes from the Latin baja a través del Adriático. ventus libicus (the wind from Libya), according to some authors possibly after its Arabisation. In Spanish, sailors also use the Gregal deriva de ‘graecale’, el viento que proviene de Grecia. term lebeche. In contrast, in inland Catalunya, the Llebeig Xaloc, que corresponde al italiano sirocco, viento del sudeste, is known as Garbí from the Arabic gârb or west, a term to parece que deriva de un término árabe ‘Šalôk’ o ‘shûluq’, que which the southern Portuguese region of Algarve also owes significaria “este” o “viento cálido”. Su procedencia geográ- its name: i.e., 'west of Al-Andalus’ (Moorish Spain). fica sería el viento que viene de Egipto. En castellano, en los ambientes marineros se utiliza el término “jaloque”, para Mestral, also known as Mistral, is a derivative of magis- designar el sudeste. trale or master, after its Italianisation to mestre. The reference is to the prevailing wind, necessary to access the central Migjorn es el viento del sur, que corresponde al ‘mediodía’ Mediterranean from Venice. (mig-jorn) y deriva del latín meridies. Llebeig, viento del sudoeste, proviene del latino “ventus For the purpose pursued in the example, the traditional names líbicus”, el viento que viene de Líbia, quizá, según algunos Llevant and Ponent, classic western Mediterranean references autores, a través de una forma arabizada. En castellano, los to the east andwest (sunrise and sunset) winds, were omitted. marinos usan también el término “lebeche”. En cambio, en las tierras del interior de Cataluña, el llebeig se denomina “garbí”, The names of these winds draw a diagonal line that runs del árabe ‘gârb’, “oeste”, término del cual deriva también el from Greece to Libya, placing the vantage point in southern nombre de la región del Algarve, al sur de Portugal, es decir, Italy. Presumably, the names were adopted by sailors used to “el oeste de Al Andalus”. crossing the Mediterranean and to trading in the major Italian

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Mestral, a veces llamado Mistral, deriva de la forma ‘magis- ports, from Genoa to Venice. The form of the names suggests trale’, “maestro”, via una forma italiana ‘mestre’ y haría refe- a Medieval origin, influenced by Arabic due to the contact with rencia al viento dominante y necesario para acceder al Medi- northern Africa. terráneo central desde la zona de Venecia. A los efectos del ejemplo, dejamos de lado los nombres de VI Llevant y Ponent, que remiten a los nombres clásicos de When in the sixth century bCe, so crucial for Greek culture Levante y Poniente, es decir la salida y puesta del sol. and human culture in general, a number of wise men began El hecho de que los nombres de estos vientos dibujen una to read myths from the mental distance of rational thought, diagonal Grecia-Líbia sitúa su centro de referencia en el sur de they ushered in a sort of secular theology. In time that would Italia y supone que tales nombres fueron adoptados por nave- come to be known as philosophy, through which many mytho- gantes acostumbrados a cruzar el Mediterráneo y a comerciar logical questions were reformulated as explanatory principles con los principales puertos italianos, desde Génova a Venecia. or, somewhat later, transformed into plays, with a political and La forma de los nombres sugiere un origen medieval, en el que moral message. One such sage, Anaximenes of Miletus, el contacto con zonas del norte de África habría incorporado ‘declared air to be the archê of existing things. From it all los términos de influencia árabe. things come to be and into it all things are dissolved. He says as our soul, being air, holds us in order (sungkratei), so wind VI and air envelop the whole kosmos.’ Cuando en el crucial siglo VI a. C. para la cultura griega, y para The stories of Enlil, Yahwe, Zeus, Aeolus, Zephyr and Boreas la cultura humana, algunos hombres sabios empezaron a leer and their secular prolongation via the earliest philosophers los mitos desde la distancia mental del conocimiento racional, attempted to endow the very existence of the cosmos and se inició una forma de “teología laica”, que con el tiempo cultural practice with meaning. Today, despite our scientific otros llamaron “filosofía”, en la que muchos de los temas de la aspirations, we may still sway with the fair or unfair winds mitología fueron reformulados como principios explicativos o, unleashed by the gods or other powerful forces as we navigate algo más tarde, fueron transformados en literatura teatral, con across existence. finalidad política y moral. Uno de estos sabios, Anaxímenes de That may give us reason to follow the advice of an expert Mileto, sailor and poet: “declaró que el principio [Άρχή –arjé–] de las cosas existentes es el aire; pues de éste nacen todas las cosas y en él Nâo te chamo para te conhecer se disuelven de nuevo. Y así como nuestra alma, que es aire, Eu quero abrir os braços e sentir-te dice, nos mantiene unidos, de la misma manera el viento (o Como a vela de un barco sente o vento aliento) envuelve todo el mundo.” [I beckon not to know you, [Aecio, i 3, 4] But to hold you in my open arms Like the sails of a boat hold the wind] Las historias de Enlil, Yahvé, Zeus, Eolo, Céfiro, Bóreas, etc. y su prolongación laica en los primeros filósofos pretendían dotar Sophia de Mello Breyner Andresen de sentido la existencia misma del cosmos y los modos de vida (Porto, 1919- Lisbon, 2004)

44 45 I. EL ALIENTO DE LOS DIOSES • DIVINE BREATH.

de nuestras culturas. Hoy, a pesar de nuestras pretensiones científicas, quizá andamos todavía moviéndonos al albur de los vientos, favorables o desfavorables, que los dioses o los poderosos determinan para nuestra nuestra navegación por la existencia. Quizá por ello sea interesante adoptar el consejo de una poeta experta en navegación:

“Nâo te chamo para te conhecer Eu quero abrir os braços e sentir-te Como a vela de un barco sente o vento” Sophia de Mello Breyner Andresen (Porto, 1919- Lisboa, 2004)

Translator’s note to Chapter 1, ‘Divine breath’ Source of excerpts quoted in English in this chapter Casin, E., ‘Mesopotamia’, in Yves Bonnefoy (ed.), Mythologies, a restructured translation of Dictionnaire des mythologies et des Aetius, I 5, 2, in Ancient Greek Cosmogny, Bloomsbury Academic, réligions des sociétés traditionelles du monde antique, Univer- London, 2013 (p. 47 and p. 260); translated by Andrew Gregory; sity of Chicago Press, 1992; translated by W. Doniger et al. cited from http:/books.google.ca/ books?id=oSo6K_22tvgC&pg=PA260&lpg=PA260&dq=%22 Euripides, Iphigenia at Aulis, http://classics.mit.edu/Euripides/ aetius+i+5+2%22&source=bl&ots=HABbRqts_-&sig=xqlvV iphi_aul.pl.txt (August 2015); anonymous translation a2JrLsNiQvG3PKl26qhvvE&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwi The theogeny xyubq8qnJAhXJvBoKHUaNAr8Q6AEIHTAA#v=snippet&q Hesiod, , http://www.sacredtexts.com/cla/hesiod/ =aetius%20I%205%2C%202&f=false (August 2015) theogony.htm (August 2015); translated by H.G. Evelyn-White The iliad Andresen, Sophia de Meyer Breyner, No tempo dividido, ‘Poemas Homer, , http://classics.mit.edu/Homer/iliad.html de um livro destruído VIII’, Editorial Caminho, Lisbon, 2005, (August 2015); translated by S. Butler unpublished in English; verse translated for this book by M. Homer, The odyssey, http://classics.mit.edu/Homer/ Clark odyssey.10.x.html (August 2015); translated by S. Butler

44 45 46 47 II. EL VIENTO, EL PAISAJE Y EL HOMBRE • WIND, LANDSCAPE, HUMANITY JOAN MORENO & JORDI MORELLÓ

El paisaje es transformado por la acción continuada del viento, que como escultor paciente lo labra y modela. El viento inestable y nómada transita por el territorio, del valle a la cumbre, del páramo al humedal. Nuestros paisajes naturales son en parte, la obra inacabada y cambiante del viento que reúne las nubes en el cielo, agita las aguas de los océanos y desplaza la arena de los desiertos. El viento es un instrumento fundamental para el desarrollo de la vida. En el mundo vegetal, transporta las semillas que colonizarán nuevos territorios. En el mundo animal, aves e insectos se han adaptado al viento para ganar la batalla a la gravedad. También el hombre se ha aliado tradicionalmente con el viento, como medio para comunicarse y en su lucha por vencer el espacio, por acortar distancias tanto por el mar como por el cielo. El hombre intenta dominar el viento, lo nombra para reconocerlo y lo mide para predecir su comportamiento. Pero el viento indómito se escapa del control del hombre, desata su furia imprevisible en forma de ciclones. Y después, se deja domesticar para convertir los paisajes áridos de Lanzarote o las marismas del delta del Rin en obras de arte. Ahora sí, resulta el paisaje modelado por el hombre a causa del viento.

The wind is a patient sculptor that shapes, carves and models the landscape. Unstable and nomadic, it crosses the earth’s crust from valley to summit, from moor to marsh. Our natural scenery is partly the fruit of its unfinished and changing oeuvre as it gathers clouds in the sky, churns the waters in the ocean and dunes the sands in the desert. Wind is a vital tool in life’s evolution. In the plant kingdom, it carries the seeds that colonise new territories. In the world of animals, birds and insects have adapted to the wind to defeat gravity. Human beings have also traditionally sought the wind’s alliance for communicating and for conquering space by shortening distances by sea and by air. In our attempt to master the wind, we give it names to recognise and measure it and predict its behaviour. But the indomitable wind eludes human control, unleashing its erratic fury in the form of cyclones. And yet the wind can yield its power: Lanzarote’s arid landscapes and the Rhine delta fens are works of art modelled by human hands on the wings of the wind.

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70 71 72 73 72 73 Muehle, Holland (Molino en Holanda), Kandisky, 1904 Muehle, Holland (Windmill in Holland), Kandisky, 1904 Photo © Centre Pompidou, MNAM-CCI, Dist. RMN-Grand Palais/Philippe Migeat

74 75 III. LOS AIRES Y LAS LETRAS • AIRS AND LETTERS JAVIER MUÑOZ ÁLVAREZ

«Dícese propiamente aire aquel espacio que hay entre el The space lying between the elements fire and earth is elemento del fuego y el de la tierra, aunque en nuestra called the air, although [...] the word also means wind, for lengua significa también el viento, por ser el viento, como the wind is said by some to be air in motion or caused by quieren algunos, aire movido o por causarse en el aire». the air. Sebastián de Covarrubias: Tesoro de la lengua castellana o Sebastián de Covarrubias, Tesoro de la lengua castellana o española española

Semiología de delatores Semiology of informants Si bien para Pasolini, partidario de la Poesia in forma di rosa, «non While for Pasolini, advocate of Poesia in forma di rosa, ‘non conta conta né il segno né la cosa esistente, / ecco» [«no importa si né il segno né la cosa esistente, / ecco’ [‘it matters not whether existe el signo ni la cosa, / ahí está»], lo cierto es que «tanto los the sign or the thing exists / it’s there’], Umberto Eco contends filósofos como la gente común recurren a la noción de ‘signo’», in Segno that ‘both philosophers and the public at large resort sostiene el profesor Umberto Eco en Signo, a la vez que precisa to the notion of the “sign” ’, at the same time specifying what qué sea un icono: «Signo que tiene conexión física con el an icon must be: ‘a sign having a physical connection to the objeto que indica, como en el caso de un dedo que apunta a object denoted, such as a finger pointing to an object or a un objeto o una banderola para señalar la dirección del viento». windsock that attests to the direction of the wind’. No person No consta que ningún hombre o animal haya visto jamás al or animal is known to have ever seen the wind and so versifies viento —así lo canta Jorge Guillén en Cántico magno: «Con Jorge Guillén in Cántico: ‘Slyly it dissipates / No-one can see its sigilo se difunde, / Nadie puede ver su cuerpo»—, pero sí se body’; but its informants can be identified and have been sung sabe de sus delatores, de que se han acordado literatos y poetas: by writers and poets: «Hovstad.— Jamás seré veleta que gire al soplo de cualquier ‘Hovstad.— I am not a weathercock and never will be. viento. Aslaksen.— Eso no puede asegurarlo un político, Aslaksen.— A politician should never be too certain of Hovstad». anything, Mr Hovstad.’ Henrik Ibsen: Un enemigo del pueblo Henrik Ibsen, An enemy of the people «Como pañuelos blancos de adiós viajan las nubes, / el viento ‘The clouds travel like white handkerchiefs of goodbye, the las sacude con sus viajeras manos». wind, travelling, waving them in its hands.’ Pablo Neruda: Veinte poemas de amor y una canción desesperada Pablo Neruda, Twenty love poems and a song of despair «En mi opinión es uno de los hombres de mejor carácter que ‘I believe he is one of the very best-tempered men that ever jamás han existido. Exceptuándote a ti y a tu hermano, no existed. Excepting yourself and your brother, I do not know conozco a nadie que pueda igualársele. Siempre me acordaré his equal for temper. I shall never forget his flying Henry’skite del día aquel que hacía tanto viento, en la última Pascua, for him that very windy day last Easter...’ cuando le levantó la cometa a Henry...». Jane Austen: Emma Jane Austen, Emma «De pronto, cuando menos se esperaba, preséntase un nuevo ‘Then, suddenly, and unexpected, / A second Emperor was Emperador, y, por sendas de antemano señaladas, la muche- at hand. / And in a calm, and orderly manner / Withdrew the dumbre se pone en marcha a través de los campos, y todos, army from the deep: / Unfurling his deceitful banner: / They

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cual rebaño de carneros, siguen las falsas banderas desplegadas all followed him, like sheep!’ al viento». Wolfgang Goethe, Faust Goethe: Fausto ‘He cut a piece of line and tied the fish’s lower jaw against his «Cortó un trozo de sedal y amarró la mandíbula inferior del bill so his mouth would not open and they would sail as cleanly pez contra su pico, a fin de que no se abriera su boca y que as possible. Then he stepped the mast and, with the stick that pudieran navegar lo más desembarazadamente posible. Luego was his gaff and with his boom rigged, the patched sail drew, encajó el mástil en la carlinga, y con el palo que era su bichero the boat began to move, and half lying in the stern he sailed y el botalón aparejados, la remendada vela cogió viento, el bote south-west.’ empezó a moverse y, medio tendido en la popa, el viejo puso Ernest Hemingway, The old man and the sea proa al sudoeste». ‘All the other doctors in town sent their linens to the Chinese Ernest Hemingway: El viejo y el mar laundry, while Bernice and Aunt Dawn herself hung ours out «Los demás médicos del pueblo mandaban la ropa blanca a la on the clothesline. White from the sun, fresh from the wind, lavandería china, mientras que Bernice y la propia tía Dawn sheets and bandages all superior and sweet-smelling.’ tendían la colada al aire libre. Blanqueadas al sol, oreadas al Alice Munro, Dear life: ‘Haven’ viento, las sábanas y las vendas quedaban siempre de primera y olían de maravilla». ‘Marie Swainson runs into the garden next door to pick the Alice Munro: Mi vida querida, “Santuario” “crysanths” before they are ruined. Her skirt flies up above her waist; she tries to beat it down, to tuck it between her legs «Marie Swanson corre por el jardín de la casa de al lado para while she stoops, but it is no use – up it flies.’ recoger los crisantemos antes de que se destrocen. La falda Katherine Mansfield,The Katherine Mansfield megapack: se le vuela por encima de la cintura, ella trata de bajársela, de ‘The wind blows’ metérsela entre las piernas mientras se agacha, pero de nada sirve, el viento se la levanta». ‘Their umbrellas were soon blown inside out, and some were Katherine Mansfield:Cuentos , “Sopla el viento” broken, by a fierce gust of wind that blew across the graves from the mountains as the cortege reached the cemetery.’ «Sus abiertos paraguas fueron pronto vueltos del revés, rotos Thomas Bernhard, Woodcutters y dejados inservibles por una ráfaga de viento que se abatió enseguida desde las montañas sobre las tumbas cuando el ‘Martínez leaned out to watch the three people moving away, cortejo fúnebre llegó al cementerio». and then at the tenement across the street, in one fourth- Thomas Bernhard: Tala floor window of which, far above, a beautiful girl leaned out, her dark hair faintly stirred by the wind. She had been there «Martínez se inclinó para observar a las tres personas que forever, which was to say for six weeks.’ se alejaban y luego miró la casa de enfrente: una hermosa Ray Bradbury, A medicine for melancholy: muchacha estaba asomada a una ventana del cuarto piso; el ‘The wonderful ice-cream suit’ viento le agitaba levemente la cabellera oscura. Había estado siempre allí, es decir, desde hacía seis semanas». ‘He crossed the hall to the bedroom door. There was still no sound save the wind (there was a window, the sash did not fit; Ray Bradbury: Remedio para melancólicos, the black wind whispered and murmured at it but did not “El maravilloso traje de helado de crema” enter, it did not want to, did not need to).’ «Cruzó el hall hacia la puerta del dormitorio. Ni un ruido William Faulkner, Wild palms

76 77 III. LOS AIRES Y LAS LETRAS • AIRS AND LETTERS

todavía, salvo el viento (había una ventana, que no cerraba bien; ‘The outside door opens, a freezing wind enters and we are el viento negro murmuraba en ella pero no entraba, no quería naked and cover ourselves up with our arms. The wind blows entrar, no necesitaba entrar)». and slams the door; the German reopens it and stands watching William Faulkner: Las palmeras salvajes with interest how we writhe to hide from the wind, one behind the other. Then he leaves and closes it. (...) Oh, if one could «La puerta da al exterior, entra un viento helado y nosotros only cry! Oh, if one could only affront the wind as we once estamos desnudos y nos cubrimos el vientre con las manos. used to, on equal terms, and not as we do here, like cringing El viento golpea y cierra la puerta; el alemán vuelve a abrirla y dogs.’ se queda mirando con aire absorto cómo nos contorsionamos Primo Levi, If this is a man para protegernos del viento los unos tras de los otros; luego se va y cierra. ¡Ah, poder llorar! ¡Ah, poder enfrentarse al viento ‘I saw no-one, although I could still hear a murmur, like a como antes lo hacíamos de igual a igual, y no como aquí, como crowd in a marketplace. A rumble devoid of meaning, like the gusanos sin alma!». wind rustling through the branches of a tree at night when you Primo Levi: Si esto es un hombre see neither the tree nor the branches but you hear them swish.’ «Vi que no había nadie, aunque seguía oyendo el murmullo Juan Rulfo, Pedro Páramo como de mucha gente en día de mercado. Un rumor parejo, ‘If only I could stroll with you one spring day on the out- sin ton ni son, parecido al que hace el viento contra las ramas de skirts under a grey sky, with some of last year’s old leaves still un árbol en la noche, cuando no se ven ni el árbol ni las ramas, swirling in the wind along the streets; and if only it could be pero se oye el murmurar». on Sunday’. Juan Rulfo: Pedro Páramo Dino Buzzati, Sassanta racconti, ‘Inviti superflui’ «Quisiera pasear contigo un día de primavera, bajo un cielo de color gris, con algunas hojas muertas del año anterior arras- “‘I bend and break not. You, until this hour, / have stood unbowed beneath their awful power; / But let us wait th’ tradas por el viento, por las calles de un barrio de las afueras; event.” He scarce had said, / When from th’ horizon’s verge y que fuera domingo». in fury sped / The most tremendous offspring that the North Dino Buzzati: Sesenta relatos, “Invitaciones superfluas” / Had ever from her coy womb sent forth. The Tree held fast: «“Me inclino y me doblo, pero no me quiebro. Hasta el presente the Reed bent low: at length / The Wind put out is utmost has podido resistir las mayores ráfagas sin inclinar el espinazo; strength, / And with long strain tore from the earth / Him pero hasta el fin nadie es dichoso”. Apenas dijo estas palabras, who had neighboured heaven with his head, / And set his feet de los confines del horizonte acude furibundo el más terrible among the shadowy dead.’ huracán que engendró el septentrión. El árbol resiste, la caña Jean de La Fontaine, Fables, ‘The oak and the reed’ se inclina; el viento redobla sus esfuerzos, y tanto porfía, que al fin arranca de cuajo la Encina que elevaba la frente al cielo y ‘...who came back to visit her every year on the date of their hundía sus pies en los dominios del Tártaro». anniversary, disappearing moments before the wind brought Jean de La Fontaine: Fábulas, “La encina y la caña” the evidence of his death in through the open door: a ball made up of pages from old newspapers that the wind unfolded on «Todos los años volvía a visitarla en la fecha de su aniversario the threshold of the house so as to leave the wrinkled notice para desaparecer momentos antes de que el viento introdujera published by a provincial daily on the ground, a few days por la puerta abierta el testimonio de su muerte: una pelota before he had left.’ formada por papeles de periódicos atrasados que el viento deshacía Juan Benet, Volverás a Región

76 77 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

en el umbral de la casa para dejar en el suelo la esquela arrugada ‘Friar Diego’s case having ceased to be the competence of the publicada por un diario de provincias, unos días antes de su Holy Office, it sufficed to bring him before the Captain of marcha». Justice to deliver his death sentence: he would be burnt at the Juan Benet: Volverás a Región stake and his ashes dispersed in the wind’. «El caso de fray Diego había dejado de ser competencia del Leonardo Sciascia, Le parrocchie di Regalpetra Santo Oficio, bastó ponerlo ante el palco del capitán de justicia y la última sentencia de muerte le fue comunicada: que vivo le quemaran y sus cenizas dispersaran al viento». A wind is a wind is a wind Leonardo Sciascia: Las parroquias de Regalpetra 1. Sebastián de Covarrubias assents to there being ‘normally up to thirty-two winds, whose courses are marked on oceaning Un viento es un viento es un viento charts and many describe them albeit with different names and 1. Consiente Sebastián de Covarrubias en que vientos hay that is why I shall not specify them here.’ They are, however, «comúnmente hasta treinta y dos, cuyos rumbos vienen seña- enumerated and named (‘les Latins avoient donné des noms lados en las cartas de marear, y muchos los describen, aunque particuliers à chacun de ces vents’) in the Encyclopédie, ou con diversos nombres, y a esta causa no los especifico aquí». Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, although ‘car Sí se enu-meran y nombran —« les Latins avoient donné des la division des anciens n’étant pas la même que la nôtre, les noms particuliers à chacun de ces vents »— en la Encyclopédie, ou noms dont ils se sont servis ne peuvent pas exprimer exac- Dictionnaire raison-né des sciences, des arts et des métiers, si bien « car la tement nos vents’: there are north winds, such as the Septen- division des anciens n’étant pas la même que la nôtre, les noms trion or Boreas, the Hyperboreas and the Achyl; from the east dont ils se sont servis ne peuvent pas exprimer exactement Solanus and Eurus blow; Auster or Notus and Africus arise in nos vents »: los hay vientos nortes cual el Septentrio o Boreas, el the south; and Zephyr and Argestes awaken in the west. Hyperboreas y el Aquilo; del Oriente soplan el Solanus y el Eurus; meridianos nacen el Auster o Notus y el Africus; y en Poniente se 2. Those were the winds on Mare Nostrum, about which despiertan el Zephyrus y el Argestes. Josep Pla so often reminisces. In Cartas de lejos he writes: ‘If you’ve never sailed into the port at Marseille in the midst of a 2. Éstos eran, en fin, los vientos cabe Mare Nostrum, de que “mistralan” gale in the wee hours of a pallid morning; if you’ve se acuerda Josep Pla tan a menudo, ya sea en unas Cartas never rounded Cape Case with that wind; if you’ve never seen desde lejos: «Quien no haya entrado en el puerto de Marsella en the vast waves breaking against the shallow marine platform plena racha de mistral en una madrugada lívida; quien no haya on the delta; you can’t possibly imagine how exciting the remontado el cabo Case con este viento; quien no haya visto Mediterranean can be’. And in La huida del tiempo he explains: las enormes olas que forma en la somera plataforma marítima ‘In this country the weather is stable when, during a single day, del delta, no puede tener una idea de las amenidades del Medi- the wind rolls in the apparent direction of the sun (I mean the terráneo con este viento», ya sea en La huida del tiempo: «En actual direction of the earth). The earth winds should prevail este país la estabilidad meteorológica se establece cuando, en el at night, which here means the winds of the first and second curso del día, el viento rueda siguiendo el movimiento aparente quadrant. Then the sun rises and when its rays have dried the del sol —quiero decir el movimiento real de la tierra—. La earth and dispersed the mist, the “gregale”, fresh and dry, noche ha de estar dominada por los vientos de tierra, que glides in straight from Greece at nine AM, raising on its back

78 79 III. LOS AIRES Y LAS LETRAS • AIRS AND LETTERS

aquí comprenden o pueden comprender todos los vientos del venuses and tritons, foamy snails, sparkles of light and moss primero y del segundo cuadrante. Luego sale el sol, y cuando on green window shades. At the midday hour (on sun time sus rayos han secado la tierra y disuelta la neblina, aparece because winds, like peasant farmers, go by sun time) that wind el ‘gargal’ a las nueve de la mañana, fresco y seco, directo de turns south, after sinking with a glow greater than a diamond. Grecia, elevando en sus lomos venus y tritones, caracoles de Then the coast is swept by what the Africans call the ‘sirocco’, espuma, destellos rutilantes y verdor en las persianas verdes. a wind that would be suffocating if it lasted for very long A la hora meridiana (hora vieja, porque los vientos van a la and were cement. Fortunately divine providence pities us and hora vieja, como los payeses) este viento ronda, después de allows the ‘sirocco’ to blow for just a couple of hours, more or una caída más centelleante que un diamante, a Sur, y aparece less (until dessert), just to show that this wind is little more than el ‘xaloc’ o ‘sirocco’, como dicen en África. Este viento nos providence flexing its muscles. How cute, providence! Then, asfixiaría si durara muchas horas y fuera cemento: afortunada- over liqueurs, the libeccio blows from the southwest. Much mente la divina providencia se apiada de nosotros y hace que has been written about this libeccio in books and periodicals, el ‘xaloc’ sea percibido un par de horas, poco más o menos because this zephyr is believed to have a permanent impact on —hasta la hora de tomar café—, resultando en definitiva que a country’s moral and material way of life.’ este viento no es más que una demostración de fuerza de la providencia. ¡Simpática, la providencia! Luego, a la hora del 3. The terra incognita having vanished and a dragon or two (hic sunt coñac —¡escribo coñac con ñ porque el otro, Santo Dios, ha dracones) become extinct, the time came to look into The mirror desaparecido!— aparece el ‘garbí’, o sea el sudoeste. Sobre el of the sea, which is not the colour of wine: ‘In the middle belt viento de ‘garbí’ he escrito bastante, en libros y periódicos, of the earth the Trade Winds reign supreme, undisputed, like dado que a mi entender este céfiro interviene en el sistema monarchs of long-settled kingdoms, whose traditional power, moral y material del país de una manera permanente». checking all undue ambitions, is not so much an exercise of personal might as the working of long-established institutions. 3. Una vez extinguida toda terra incognita y algún dragón (hic sunt The intertropical kingdoms of the Trade Winds are favourable dracones), hora era de mirarse en El espejo del mar que no es del to the ordinary life of a merchantman.’ And Joseph Conrad color de vino: «En la franja central del globo los Vientos Alisios adds that ‘As a ruler, the East Wind has a remarkable stability; reinan soberanos, incontestados, como monarcas de reinos esta- as an invader of the high latitudes lying under the tumultuous blecidos desde antiguo, cuyo tradicional poder, que frena toda sway of his great brother, the Wind of the West, he is extre- ambición desmedida, no es tanto el ejercicio de una autoridad mely difficult to dislodge, by the reason of his cold craftiness personal cuanto el funcionamiento de instituciones consoli- and profound duplicity.’ dadas hace tiempo. Los reinos intertropicales de los Vientos Alisios son propicios a la vida normal de un buque mercante», 4. The advent of steamships, though, dealt an enfeebling y añade Joseph Conrad que «como soberano, el Viento del Este blow to kingdoms and sovereignties, for everything, Voltaire posee una estabilidad notable; como invasor de las altas latitudes observed, became philosophical and pocket-portable, ‘globalised’ que se hallan bajo el tumultuoso dominio de su gran hermano, avant la lettre: ‘A wind blowing deep from within the African el Viento del Oeste, resulta sumamente difícil de ahuyentar, en continent and from the southern seas brings us part of Africa’s virtud de su fría artería y de su profunda doblez». atmosphere, which falls as rain in the Alpine valleys; that rain 4. Luego, con la navegación a vapor, los reinos y soberanías se fertilises our soils; our north wind in turn blows our vapours debilitaron de suyo, pues todo devino filosófico y portátil al decir into Africa; so we do Guinea good, and it repays the compli-

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de Voltaire, ‘globalizado’ avant la lettre: «Un ventarrón que sople ment. The chain stretches from one end of the universe to the desde el fondo de África trae parte de la atmósfera africana, other.’ que cae convertida en lluvia en los valles de los Alpes y esas lluvias fecundan nuestras tierras. Nuestro viento del Norte, a 5. Other naturally artificial winds, however, beloved of the su vez, envía precipitaciones al clima de los negros: favore- Divine Marquis and of Rabelais, do seem to have conserved cemos a Guinea y Guinea nos devuelve el favor. La cadena se their powers now and always. From The 120 days of Sodom: ‘He extiende de un extremo al otro del universo». knelt down before that decrepit bum and kissed it lovingly; farts were blown up his nose, he waxed ecstatic, opened his 5. Sí parece que hayan preservado sus poderes ahora y siempre mouth, the lady opened her vent, his tongue went enthusias- otros vientos naturalmente artificiales, bien queridos ora por tically in quest of the mellow winds soughing in that tunnel’. el Divino Marqués en Las 120 jornadas de Sodoma: «Se arrodilla From Five books of the lives, heroic deeds and sayings of Gargantua delante de aquel culo decrépito, lo besa amorosamente; se le and his son Pantagruel: “To the purpose of the truel (sic!),—what lanzan algunos pedos en la nariz, se extasía, abre la boca, se le is the reason that the thighs of a gentlewoman are always lanzan más pedos y su lengua va a buscar con entusiasmo el fresh and cool?” “This problem”, said Gargantua, “is neither viento espeso que se le destina», ora por el humanista Rabelais: in Aristotle, in Alexander, Aphrodiseus, nor in Plutarch.” «A propósito, ¿por qué están siempre frescos los muslos de “There are three causes”, said the monk, “by which that place una dama? —Ese problema —dijo Gargantúa— no está en is naturally refreshed. Primo, because the water runs all along Aristóteles, ni en Alejandro Afrodisio, ni en Plutarco. —Por by it. Secundo, because it is a shady place, obscure and dark, tres causas —explicó el monje—, en virtud de las cuales puede upon which the sun never shines. And thirdly, because it is un lugar estar fresco siempre: primo, porque el agua lo recorre continually flabbelled, blown upon, and aired by the north de arriba abajo; secundo, porque es un lugar sombrío, oscuro y winds of the hole arstick, the fan of the smock, and flipflap of tenebroso, en el cual no entra el sol ni la luz, y tertio, porque está the codpiece. And lusty, my lads. Some bousing liquor, page! recibiendo continuamente vientos del culo, de la camisa y con So! crack, crack, crack. O how good is God, that gives us of frecuencia de la bragueta. ¡Paje! ¡Bebida! ¡Qué bueno es Dios, this excellent juice!”’ que nos da este vino tan rico!».

Winds like swords, winds like lips Vientos como espadas, vientos como labios Neruda knew that ‘The wind is a horse: / hear how he runs / Sabe Neruda que «el viento es un caballo: / óyelo cómo corre through the sea, through the sky’, but... might it not also gallop / por el mar, por el cielo», pero... ¿acaso no galopa también por on land?; Dante knew that ‘the wind ... strikes the highest la tierra?; sabe Dante «que las más altas cumbres más golpea» summits hardest’. Petrarch learned only on the summit of el viento; sabe Petrarca que sólo en la cima del Mont Ventoux, Mont Ventoux, that ‘owing to the unaccustomed quality of the «alterado por cierta insólita ligereza del aire y por el escenario air and the effect of the great sweep of view’ humanity lives sin límites», vive el hombre «privado de sentido»; sabe Chateau- ‘dazed’; Chateaubriand knew that no-one can ‘imagine the roar briand que nadie puede «figurar la impresión que produce el of the wind from the depths of the sky, round Michelangelo’s viento en una elevación próxima a las nubes, en derredor de cupola’; but Kant knew better than any that only ‘a gloomy la cúpula de Miguel Ángel»; pero sabe Kant por sobre todos raging sea’ is ‘fit for the presentation of a sublimity which can ellos que sólo «un mar lóbrego y tempestuoso» es «propio para be found in the mind.’

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servir de exhibición a una sublimidad que puede hallarse en el No other work, however, can compare to The odyssey for its espíritu». compilation of storms and shipwrecks: ‘How black is Jove making heaven with his clouds, and what a sea the winds are Así, ningún otro compendio de tempestades y naufragios cual raising from every quarter at once’. In the following centuries La Odisea: «¡Con qué nubes ha cerrado Zeus el vasto cielo y humans ‘will flourish... the blurred knife... against the wind’ agitado el ponto, y las tempestades de vientos de todas clases se (‘everything springs from the wind / and the wind is air trave- lanzan con ímpetu!». Durante los siglos venideros los hombres lling always’). But then there would be Progress: ‘Down dropt «al viento esgrimirán cuchillo vago» —«todo es del viento / the breeze, the sails dropt down, / ‘Twas sad as sad could be’. y el viento es aire siempre de viaje»—, mas luego se llegará el And sublime mythologies and categories would be neglected, Progreso: «La brisa cesó, las velas se arrugaron desmayadas, for ‘the wind was known to topple the miraculous balance of / era la vista más triste que se pueda imaginar», y arrumbadas sail boats, blazing the trail of shipwrecks’, but ‘motorboats are serán mitologías y categorías sublimes, pues «de los barcos de unattended by the mythology of might’. Why, then, distinguish velas se sabe que el viento rompía los equilibrios milagrosos swords and lips if ‘the manes have been shorn from the seas of de las naves, abriendo la estela de los naufragios», mas «en los the wind’? Why exclaim la liberté ou l’amour! and grieve because barcos de motor no hay mitología de la fuerza»; a qué distinguir, ‘ce sont les hommes qui sont imbéciles, ayant basé les voiles pues, espadas y labios si esquilado han la «crin de los vientos des navires sur le même principe que la tornade, de trouver le del mar»; a qué exclamar, pues, la liberté ou l’amour ! y condolerse naufrage moins logique que la navigation. Que je les méprise porque « ce sont les hommes qui sont imbéciles, ayant basé ceux qui ignorent jusqu’à l’existence du vent.’ les voiles des navires sur le même principe que la tornade, de trouver le naufrage moins logique que la navigation. Que je les Florilegio. Pablo Neruda, Los versos del capitán: ‘El viento en la méprise ceux qui ignorent jusqu’à l’existence du vent ». isla’; Dante Alighieri, The divine comedy, ‘Paradiso’, canto XVII; Florilegio. Pablo Neruda: Los versos del capitán, “El viento en Francesco Petrarch, The ascent of Mount Ventoux; François-René la isla”; Dante Alighieri: Divina Comedia, “Paraíso”, canto XVII; de Chateaubriand, Mémoires d’outre-tombe, Book IV; Immanuel Francesco Petrarca: Subida al Monte Ventoso; François-René de Kant, Critique of judgement, § 23 and 26; Homer, The odyssey, Chateaubriand: Memorias de ultratumba, tomo IV; Immanuel Book V; Luis de Góngora y Argote: The solitudes, ‘The second Kant: Crítica del juicio, § XXIII y XXVI; Homero: La Odisea, solitude’; Octavio Paz, Libertad bajo palabra: ‘Viento’; S.T. Cole- canto I; Luis de Góngora y Argote: Soledades, soledad segunda; ridge: The rime of the ancient mariner, Part II; Ignacio Aldecoa, Octavio Paz: Libertad bajo palabra, “Viento”; S. T. Coleridge: La Gran Sol; Rafael Alberti, El alba del alhelí; Robert Desnos, La Rima del Viejo Navegante, segunda parte; Ignacio Aldecoa, Gran liberté ou l’amour! Sol; Rafael Alberti: El alba del alhelí; Robert Desnos: La liberté ou l’amour !. Irate winds that govern souls People, be they in the St Petersburg of Crime and punishment Airados vientos que gobiernan almas (‘The wind was roaring outside (...) a horrid feeling’), or in the Teme el hombre —ya sea en el San Petersburgo de Crimen y Trieste portrayed by Josep Pla in Cartas desde Italia (‘Clinging Castigo: «Fuera seguía rugiendo el viento. “¡Esto es insufrible!”, to these irons, step by step you can master the harsh wind, its se dijo con los nervios crispados», ya sea en el Trieste pincelado unfathomed density. It hardly encourages, rather it tends to get por Josep Pla en Cartas desde Italia: «Podéis así, agarrados a estos on one’s nerves’), people, we were saying, fear that the winds hierros, ahora un paso ahora otro, ir venciendo la dureza del infest body and soul. Worse, however, is to resist such a natural

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viento, su impresionante solidez. El fenómeno no propicia el force and tyranny, as Juan Huarte de San Juan warns in his buen humor, en absoluto, más bien crispa los nervios»—, teme Examen de ingenios para las ciencias: ‘The new-born should learn el hombre, decimos, que los Vientos enfermen los cuerpos to befriend the wind and draughts and not always be sheltered y las almas, aunque peor fuera resistirse a tan natural fuerza from them, for otherwise he will grow to be a weakling, effemi- y tiranía, como de ello previene Juan Huarte de San Juan en nate, a fool, unsound, and will die very young.’ Without going Examen de ingenios para las ciencias: «Conviene que en naciendo el into the details of mortuary mathematics, in one of his most niño le hagamos amigo con los vientos y con las alteraciones famous treatises, On air, water and places, Hippocrates noted that del aire y no le tengamos siempre en abrigo, porque se hará ‘they are attacked during changes of the winds, and especially flojo, mujeril, nescio, de pocas fuerzas, y en tres días se morirá». south winds, then also with north winds, and afterwards also Sin abusar de la matemática mortuoria, en uno de sus más with the others’; and, for example ‘if the season is northerly célebres tratados, Sobre los aires, aguas y lugares, Hipócrates nota and without water, there being no rain ...it is most inimical to que «en los cambios de los vientos sobrevienen los ataques, y the bilious, for they become much parched up, and ophthalmies especialmente al soplar los del Sur, y luego en los soplos del of a dry nature supervene, fevers both acute and chronic, and Norte, y después con los demás vientos», y así, verbigracia, «si in some cases melancholy.’ That strange disease, according to el verano transcurre con viento del Norte y es seco, tal circuns- Robert Burton, its most eminent anatomist, also takes hold in tancia es enemiga, en grado sumo, de los biliosos. Efectiva- ‘turbulent, rough, cloudy, stormy weather, [when] men are sad, mente, se secan en demasía y se les producen oftalmías secas lumpish, and much dejected, angry, waspish, dull, and melan- y fiebres agudas y de larga duración; y, también, a ciertos indi- choly.’ In a word, if we are to follow Gaston Bachelard, author viduos, se les produce melancolía», una extraña enfermedad of L’air et les songes, ‘toutes les phases du vent ont leur psycho- que a juicio de Robert Burton, su mejor anatomista, también logie’, a principle echoed by the Prince of Denmark (II,ii): acontece «si el viento es tormentoso y cargado de brumas»: ‘I am but mad north-north-west: / when the wind is southerly «Las personas tienen un aspecto triste, denotan torpeza y I know a hawk from a handsaw.’ pesadez en sus movimientos y gran abatimiento; se muestran irritadas sin motivo aparente y las invade la melancolía». En suma, de hacer caso a Gaston Bachelard, estudioso de L’air et Carried in on the air and out on the wind les songes, « toutes les phases du vent ont leur psychologie », y de ello da fe el Príncipe de Dinamarca (II, ii): «Yo sólo estoy loco To deny free will, to regard life as ‘certain chance’, writers con el noroeste; cuando el viento es del mediodía, sé distinguir often use the wind as a metaphor for life: fatum → tempus fugit un halcón de una garza». → thanatos, a plausible poetic device, for as Bruno Bettelheim contends in The uses of enchantment: the meaning and importance of Que los aires me traigan y los vientos me lleven fairy tales, ‘since all that moves is alive, the child can believe that the wind can talk and carry the hero to where he needs to go’. Para negar el libre arbitrio, para calificar la vida de seguro azar, That childish conviction is retained unscathed throughout the muy a menudo los literatos han hecho del viento metáfora magic of youth: in Shakespeare’s The tempest, Prospero promises vital: fatum → tempus fugit → thanatos, un proceder poético plau- Ariel ‘Thou shalt be free as mountain winds’, but then unplea- sible, pues «si todo lo que se mueve está vivo, es lógico que sant truth emerges. Neither can the will master Love as it fancies el niño piense que el viento puede hablar y arrastrar al héroe (‘I will accelerate the wretched summon / To which guided I hacia donde éste pretende llegar», como constata Bruno Bette- am by her scorns rife, / And offer to the air body and soul, /

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lheim en Psicoanálisis de los cuentos de hadas. Ese convencimiento Without hope or reward of future life’, laments Chrysostom infantil se sostiene sin lesión ni menoscabo durante la mágica in Book II, Chapter VI of Don Quixote) nor is scorching loss juventud: «Serás libre como el viento de montaña», le dice el invented: ‘Mother, don’t leave me. Where are you? / And I hear mago Próspero a Ariel en La tempestad shakesperiana, pero the forest in the wind’ sighs Joan Margarit from the station in luego la verdad desagradable asoma: ni la voluntad domeña Estación de Francia. Amid such disappointment, the fatum can al Amor siempre que quiere —«Acelerando el miserable plazo be assumed effortlessly, as Giacomo Casanova admits: ‘The / a que me han conducido sus desdenes, / ofreceré a los reader of these Memoirs will discover that I never had any vientos cuerpo y alma, / sin lauro o palma de futuros bienes», fixed aim before my eyes, and that my system, if it can be called se lamenta Grisóstomo en el capítulo XIV del Quijote—, ni a system, has been to glide away unconcernedly on the stream son invenciones las pérdidas que arden: «Madre: no me aban- of life, trusting to the wind wherever it led’. Or without hope dones. ¿Dónde estás? / Y oigo en el bosque el viento», suspira but with conviction, like Ángel González’s ‘beggar’: ‘And I desde la Estación de Francia Joan Margarit. Ante tal desilusión, thought / “maybe the wind knows”, / and I joined my fate cabe asumir el fatum sin ningún empeño, como hace Giacomo with his’. Little does it matter, for tempus fugit and in the end the Casanova: «El lector verá en estas Memorias que no habién- wind blows men’s weeks away and they are sad: ‘She knows not dome fijado un rumbo determinado, no tuve más sistema, that I am buffeted about on the vast sea, knows not that I am si tal puede llamarse al mío, que el de dejarme llevar por el harried by the winds, knows not that death is near me’ Ovid viento que soplaba», o como hace sin esperanza pero con conven- confesses from his exile on the shores of the dark sea. And cimiento el ‘mendigo’ de Ángel González: «Y yo pensé: / “el ultimately Thanatos’ torch is lit: ‘Sometimes the wind / is a tulip viento quizá sepa”, / y uní a él mi destino». Sea como fuere, of fear’ wrote Federico García Lorca, from Diván del Tamarit, no importa, pues tempus fugit y al cabo el viento se lleva las by then ‘gazelle’ of the terrible presence. The cold air is like semanas de los hombres y son tristes: «No sabes que me veo ‘the breath of the grave’ in Valle Inclán’s ‘barbaric comedy’ perdido en la inmensidad del Ponto, que soy juguete de los that we call life. And the vanitas vanitatum was just this: ‘Listen vientos y que veo próxima la muerte», se confiesa Ovidio desde how the Wind seeks, / seeks to kill you’, observed Leopoldo el exilio, a orillas del mar oscuro. Y al fin se enciende la tea María Panero from his room in an insane asylum... de Thanatos: «Algunas veces el viento es un tulipán de miedo», escribe Federico García Lorca, ya entonces gacela de terrible Apologue of perpetual airs presencia, desde el Diván del Tamarit; el aire frío semeja «aliento de sepultura» en la comedia bárbara y valleinclanesca que ‘When he awoke, the wind was still there.’ llamamos Vida; y la vanitas vanitatum era esto: «Escucha cómo el Viento te busca: / te busca para matarte», anota Leopoldo María Panero desde un manicomio...

Apólogo de los aires perpetuos «Cuando despertó, el viento todavía estaba allí».

82 83 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Translator’s notes

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84 85 III. LOS AIRES Y LAS LETRAS • AIRS AND LETTERS

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84 85 86 87 IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

La historia de los molinos de viento –con algunas excepciones– With a few exceptions, the history of windmills is the history se trata de la historia de los habitantes de este nuestro planeta, of the quest by the inhabitants of our planet to harness energy de buscar, poseer y explotar sus propios recursos energéticos. for their own purposes. For well over a millennium, wind Desde hace ya más un milenio, la utilización de la energía eólica energy has been a prominent resource in human communities’ ha tenido una gran importancia en la búsqueda de fuentes de pursuit of energy independence and access to unlimited energy, energía que permitieran al ser humano, por una parte, formar initially supplementing muscle power and today forming part parte de comunidades energéticamente independientes y, por of the modern variety of energy mixes. otra, tener acceso a recursos energéticos ilimitados, comple- Paradoxically, today’s high-tech wind industry has drawn from mentando en sus inicios la fuerza bruta humana y animal, y al techniques that for many years were the sole source of mecha- día de hoy formando parte de las modernas y variadas matrices nical energy, outside of human muscle or animal power. In energéticas actuales. a way all this high technology (who would have thought it Resulta llamativo cómo la tecnificada industria eólica actual ha possible?) has brought us full circle, back to our origins, as vuelto a poner en el papel de protagonista a una tecnología que, discussed below. dejando de lado las máquinas movidas por la fuerza bruta de humanos o animales, durante muchos años fue la única en todo 1. The Origin of Windmills el mundo que produjo energía mecánica. En cierto modo esta The early stages, however, were less ambitious. The Mesopota- alta tecnología –quién lo diría– nos ha devuelto a los orígenes, mian, Egyptian and Greek cultures, for instance, known to have como a continuación se tendrá ocasión de poder comprobar. mastered a good number of disciplines, showed little interest in the benefits to be gained from harnessing wind energy, other 1. Los Orígenes de los Molinos Eólicos than for navigation. The respect that these cultures professed Los inicios, sin embargo, fueron menos ambiciosos. Culturas for the elements very likely had something to do with that lack tan ricas en innumerables disciplinas y campos, como la meso- of interest: or perhaps what they lacked was the courage to potámica, egipcia y griega, por ejemplo, no mostraron aparen- challenge those unknown forces. temente demasiado interés por las posibilidades que se podían In contrast, certain Asian civilisations used not wind machines derivar del aprovechamiento de la energía eólica, más allá del but what might be called wind objects to a religious purpose empuje que podía generar sobre las velas en embarcaciones as in some oratory ceremonies: hence Tibetan and Mongolian de navegación. Es más que probable que el respeto que estas culturas tenían hacia los elementos de la naturaleza tuviera algo Fig. 1. Estructuras de antiguos molinos en la localidad de Nashtifan (Irán), que ver en esta falta de interés. O quizás se tratara de falta de próxima a la frontera con Afganistán valor, quién sabe, a desafiar a estas fuerzas desconocidas. Fig. 1. Ancient windmills at Nashtifan, Iran, near to the Afghan border

86 87 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

En determinadas civilizaciones asiáticas, sí se ha podido prayer wheels, which emitted sound when rocked by the wind. constatar la existencia de lo que se podrían denominar no With the Roman Empire, or more specifically its school at máquinas, sino más bien objetos eólicos, que se utilizaban con Alexandria and the exemplary, multi-talented Hero (remem- fines religiosos en algunas ceremonias oratorias. Las ruedas de bered especially for what has ever since been known as Hero’s oraciones tibetanas y mongolas, productoras de sonidos al ser formula for calculating the area of a triangle from the lengths mecidas por el viento, son un ejemplo de ello. of its three sides1), came the first more or less sophisticated Con el Imperio Romano, y más concretamente con su escuela wind machine. Known as the Aneuriom, this second-century de Alejandría a través del polifacético Herón –descubridor, CE device may be regarded as a predecessor to windmills. Its por ejemplo, de la fórmula que ha pasado a la historia con su wind-rotated horizontal blades drove a piston that blew air into nombre, que proporciona el área de un triángulo en función de organ pipes, constituting the first of many instances through- las longitudes de sus tres lados1– en el siglo II d.C es cuando out history of the close relationship between wind and music: aparece la primera máquina dotada de cierta sofisticación, de an intriguing subject to which this book does not but might nombre Aneuriom, que podría considerarse –esta sí– como well have devoted a chapter. Nonetheless, Hero’s machine predecesora de los molinos de viento posteriores. En la misma, appears to have been little more than a toy that inspired no el viento hacía girar unas aspas de eje horizontal que, a su vez further developments based on the initial notion. y por medio de un pistón, insuflaban aire a los tubos de un Windmills may have first been used as machines for enhancing órgano. Una prueba más, y en este caso la primera, de la intensa production (to grind grain or pump water for irrigation) in relación entre el viento y la música, que si bien este libro no Persia in the ninth century. Obviating the issue of whether incluye un capítulo específico, bien podría haberlo hecho. En these elements were home-grown or borrowed from other todo caso, la máquina de Herón no parece que fuera mucho cultures, the Persian civilisation left the first indisputable record más allá de ser una suerte de juguete, sin haber experimentado of the existence of such devices. The precision and detail of evoluciones posteriores basadas en el concepto original. some of the descriptions of these early artefacts are frankly Quizás el momento en el que los molinos de viento aparecen surprising. Thanks to the account authored by Al-Dimashqi por primera vez como máquinas que mejoran procesos produc- in the thirteenth century, for instance, we know that each mill tivos –en este caso la molienda o la irrigación de cultivos– es consisted in a tall, minaret-like building, preferably erected on en el siglo IX, en el seno de la civilización Persa. Dejando de a hilltop (the Persians had already internalised the concept of lado su originalidad o no, lo que sí es indudable es que se trata wind shear) and divided horizontally into two sections. The de la primera vez que estos elementos aparecen documentados lower housed the millstones, while the upper supported the de manera clara. Algunas de las descripciones que se encuen- sails (wooden cloth-covered blades) that could be adjusted to tran de estos primeros artefactos poseen una precisión y detalle adapt the lift angle and consequently the rotation speed to the francamente sorprendentes. Gracias, por ejemplo, a la descrip- incident wind velocity. The remains of some of these impres- ción que Al-Dimashqi nos proporciona en el s. XIII podemos sive structures are still standing. They were built in vast banks saber que cada molino consistía en un edificio alto, y prefe- such as shown in the Figure 1, still conserved in the vicinity of rentemente ubicado en lo alto de alguna colina –el concepto the Iranian city of Nashtifan, near the Afghan border. de variación de la velocidad del viento o cortadura ya subyacía

1 Área = ¼ x raíz((a2+b2+c2)2-2 x (a4+b4+c4) 1 Area = ¼ x raíz((a2+b2+c2)2-2 x (a4+b4+c4)

88 89 IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL

en las mentes de los persas– tipo minarete, formado por dos Other sources2, discussing the originality or otherwise of these cuerpos. El inferior contaba con las muelas, mientras que el structures for their intended purpose, cite the panemones superior es el que incluía las aspas, de madera aunque cubiertas claimed to have existed in China from around 400 CE, i.e., con un material textil, regulables para adaptar el ángulo de four centuries earlier. That contention has not been reliably ataque a la velocidad del viento incidente y, consecuentemente, documented, however. la velocidad de rotación. Aún se conservan restos de estas impresionantes estructuras, que se disponían en conjuntos tan 2. Pre-Renaissance Windmills imponentes como el que se puede ver en la figura 1, que al Wherever their actual origin might have been, in the centuries día de hoy se conserva en las cercanías de la localidad iraní de that followed windmills travelled west to Europe, the continent Nashtifan, próxima a la frontera con Afganistán. that from then on played the lead role in their development. Respecto a la originalidad o no de estas del fin para el que estas Two vehicles carried them westward. One was the spread of estructuras fueron construidas, otras fuentes2 citan las pané- the Muslim civilisation across the Mediterranean Sea to the monas chinas como existentes desde el año 400 d.C., es decir southern half of the Iberian Peninsula, and the other the cuatro siglos antes, pero la realidad es que no se ha podido experience of the crusaders returning from the Holy Land to determinar fehacientemente al carecerse de documentación Brittany, the Netherlands and England. que lo avalara. Significantly, the former vehicle (ignoring, here also, the controversy around what and who came first) left the earliest 2. Molinos Previos al Renacimiento record of the existence of windmills with a horizontal axis. Sea cual fuera el origen primigenio de los molinos de viento, The evidence lies on the Island of Crete and more specifically desde las tierras orientales los molinos de viento se exten- on the Lassithi Plain, home to the Dikteon Cave, the legendary dieron durante los siglos siguientes a Europa, zona que desde birthplace of Zeus, cited in Chapter 1 of this book as the god ese momento tomó el rol de líder en el desarrollo de este tipo who appointed Aeolus as ruler or guardian of the winds. It de máquinas. was there as well, perhaps not coincidentally, where centuries Esta penetración se produjo a través de dos vías. La abierta later pioneering machines came to form an essential part of por la civilización islámica, a través del Mediterráneo, y hasta la the landscape. In the late nineteenth and early twentieth centu- mitad Sur de nuestra Península Ibérica, y la que surgió, proba- ries the region boasted upward of 10 000 mills, used primarily blemente, con la vuelta de los Cruzados desde Tierra Santa to pump water for irrigation. Their most characteristic element hasta la zona de Bretaña, Países Bajos e Inglaterra. was their horizontal axis rotor fitted with sailwings, i.e., lengths of cloth attached to the rotor blades. One of the advantages of En el caso de la primera vía, existe un hecho importante y this arrangement was that it afforded a straightforward system es que –de nuevo aquí surge la polémica por dilucidar cuál y for regulating rotational speed, by simply furling or unfurling quién fue el primero, aunque la obviaremos– se tiene cons- the sails as needed. The original timber tripod base evolved tancia por primera vez de la existencia de molinos de viento over the centuries into more or less sturdy rubble masonry de eje horizontal. Particularmente en la Isla de Creta, y espe- towers and, in some of the more modern renditions, to slender cialmente en la Meseta de Lassithi. Es en esta misma región, steel structures . 2 Forbes, Robert J., Studies in ancient Technology 2 Forbes, Robert J., Studies in ancient Technology

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y me permito un paréntesis, donde se encuentra la Cueva Today, the remains of that huge wind farm are no more than Dikteon, lugar de nacimiento de Zeus, quien ya ha sido citado a tourist attraction, for not only has the number of machines en el capítulo 1 de este libro, como el Dios responsable de declined steeply, but the ones still standing are in less than otorgar a Eolo su papel de guardián de los vientos. También optimal condition, as Figures 2 and 3 shows. Fortunately, fue allí, quizás por algo más que la casualidad, donde siglos más interest in restoring these structures is growing today with a tarde, pioneras máquinas llegaron a formar parte sustancial del view to at least partially recovering this historical treasure and paisaje, llegando a juntarse a finales del sigo XIX o primeros essential element in the Lassithi Plain heritage (Fig. 4). del XX en un número superior a los 10 000, que eran utili- The spread of windmills was not foreign to the lower Mediterra- zadas fundamentalmente para riego. Común a todas ellas, el nean basin or to the Iberian Peninsula in particular. Moreover, mencionado rotor de eje horizontal, con aspas formadas por the technology was adapted to the conditions prevailing at each velas, en definitiva telas que se ataban a los palos del rotor. site: the machines used in Portugal and the Spanish regions of Ya aquí aparece también un sistema de regulación de la velo- Andalusia, Murcia, La Mancha, Galicia and the Canary Islands cidad de giro, a través de recoger o soltar vela. El conjunto bear witness to the breadth of that variety. And references to originalmente se montaba sobre un sencillo trípode de madera, windmills are to be found in masterworks such as The Book of aunque posteriormente, y a lo largo de los siglos, este sustento Good Love 3and famously in The Ingenious Gentleman Don Quixote fue cambiando, pasándose por torres más o menos robustas de of La Mancha4. mampostería y hasta esbeltas estructuras metálicas en algunos Beginning in the twelfth century, returning crusaders favoured casos más modernos. the rapid expansion of windmills across northwestern Europe: De aquella concentración, a día de hoy, solo queda el reclamo Brittany, Normandy, England and most predominantly the en las guías turísticas pues además de haberse reducido enor- Netherlands. Significant innovations such as gears, whereby memente el número de máquinas, el estado de las pocas exis- the motion induced by the primary energy could be trans- tentes no es el óptimo, como atestiguan las figuras 2 y 3. ferred from the main to a second axis, were introduced in that Afortunadamente, hoy en día existe una corriente con interés period. Nonetheless, due to the limitations of the materials renovado en la restauración de estas estructuras que devolvería used (mostly wood) and the deep fourteenth-century recession a la Meseta de Lassithi, al menos parcialmente, esta innegable prompted by the accumulation of vast public debt, wind tech- riqueza patrimonial como se aprecia en la figura 4. nology languished, hibernating for decades. La cuenca inferior del Mediterráneo, y particularmente la The boost that windmills needed to transition from craft Península Ibérica, no fueron inmunes a la expansión de los to industry would come in two subsequent periods: the molinos de viento. Además, en cada emplazamiento se fue Renaissance and the Industrial Revolution, discussed below in desarrollando técnicamente para su mejor adaptación a las chronological order. características de cada entorno: las regiones de la Andalucía, 3 In Spanish, El Libro del Buen Amor, fictional autobiography of Juan Ruiz, Murcia, La Mancha, Portugal, Galicia, Islas Canarias y otras Archpriest of Hita. In it windmills are given the same name as the horse- drawn kind, atahona, a word also used to mean a bread bakery. son testigos de estas ricas variaciones. Y obras maestras como 3 4 Cervantes’s immortal novel, in Spanish El Ingenioso Hidalgo don Quijote de la el Libro de Buen Amor y El Ingenioso Hidalgo don Quijote de la Mancha, published in 1605 and 1615, narrates the misadventures of an impo- verished gentleman from that region of Spain who, among others, fought 3 El Libro de Buen Amor, novela autobiográfica ficticia de D. Juan Ruiz, Arci- an epic battle with windmills, taking them for giants with arms ‘nearly two preste de Hita, denomina atahonas a los molinos de viento leagues’ long.

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Mancha4 incluyen, como es sabido, algunas referencias. 3. Transformation in the Renaissance Mientras tanto, en Europa, a partir del siglo XII, los molinos While its innovative impact on the arts is better known, this de viento se extienden rápidamente por la segunda de las vías period was also of cardinal importance for the renovation mencionadas anteriormente: Bretaña, Normandía, Inglaterra of science. Post-recession population growth and the wide- y, muy fundamentalmente, los Países Bajos. Aunque durante scale trade initiated in that age after the ‘discovery’ of distant esta época se producen innovaciones importantes, como es territories generated a need to rethink some of the produc- la importantísima aparición del engranaje, que permite tras- tion methods in place until that time. Although not often ladar el movimiento del eje de la fuente de energía a otro, las acknowledged, in this author’s opinion industrialisation could limitaciones de los materiales de la época –fundamentalmente well be said to have begun in that period of history. madera– y la importante recesión que se inicia en el siglo XIV, consecuencia de la enorme deuda pública que en aquellos Known techniques were perfected and iron gradually took the tiempos, también, se había adquirido, hacen que la tecnología place of the wood formerly used to make mechanical parts. eólica quedara momentáneamente aletargada en una suerte de With the resulting enhancement in performance and capacity, hibernación. machines in general began to acquire greater weight in everyday life. Dos épocas servirán para dar el impulso que los molinos eólicos necesitaban para pasar de fenómeno artesanal a proceso indus- Windmills, of course, were not unaffected by these devel- trial: El Renacimiento y la Revolución Industrial. Comencemos opments. The creativity that arose in this period merits por la primera. mention, even though some of the machines imagined were never built. In addition to their traditional use to grind grain 3. La Transformación Renacentista and pump water, windmills were designed (and often actually Aunque más conocido por ser un movimiento innovador que used) to power saws to cut timber, manufacture paper pulp impacta en las Artes, esta corriente tuvo una importancia capital or gunpowder or press or process oil. They were also applied en la renovación de las Ciencias. to other purposes, specifically on the shores of the North El crecimiento demográfico, una vez finalizada la recesión, Sea, where their extraordinarily important role is described in así como las relaciones comerciales a gran escala que fueron greater detail below. iniciadas en aquella época, tras el “descubrimiento” de territo- In the seventeenth century mills began to be used in a way rios lejanos, hicieron necesario un replanteamiento de algunos that would change the history of the region. Thanks to de los métodos de producción hasta la fecha instaurados. them, countless polders (a word derived from the Dutch pol, Aunque no siempre resulta conocido, en mi opinión bien meaning alluvial land) could be drained. These tracts of land podría decirse que la industrialización empezó en este periodo of variable dimensions consisted in a perimetric dike and an de la historia. orderly system of inner roads and canals forming the bounds 5 Las técnicas ya conocidas fueron perfeccionadas, contándose of a web of elongated lots . This type of artificial retaining además con la paulatina aparición del hierro como material structures enabled local farmers to reclaim and till the lacus- trine beds (initially sunken under a layer of water around 50 cm 4 El Ingenioso Hidalgo don Quijote de la Mancha, escrita en 1605 y 1615 narra las peripecias de un pobre hidalgo manchego, quien entre otras andanzas libró 5 Esquinas Territoriales, PhD. thesis by Joan Moreno Sanz, Department of una épica batalla contra molinos de viento, al ser confundidos éstos con Urban and Land Use Planning, Polytechnic University of Catalunya (UPC). gigantes de brazos “de casi dos leguas” de largos Supervisor: Estanislao Roca i Blanch

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(izquierda y centro / left and centre) (derecha / right) Figs. 2 y 3. Molinos en la isla de Creta Fig. 4. Molinos históricos en la Meseta de Lassithi Figs. 2 and 3. Windmills on Crete Fig. 4. Remains of historic windmills on the Lassithi Plain

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constituyente de elementos mecánicos en lugar de las piezas deep) in the Dutch delta, formed by the mouths of three major de madera con las que hasta la fecha se habían fabricado. El European rivers, the Rhine, the Mouze and the Scheldt. incremento en los rendimientos y capacidades de las máquinas Delta ‘polderisation’ began with its colonisation, at first consecuencia de este hecho, hizo que las máquinas en general via essentially manual mechanisms. Its gradual subsidence, fueran adquiriendo un mayor peso en la vida cotidiana de la induced from the outset by the dehydration and consolidation sociedad de la época. of the underlying peat, continues today, necessitating – then Y los molinos de viento, naturalmente, no fueron ajenos a and now – new mechanisms to raise the excess water to the este fenómeno, aflorando en este periodo una creatividad tal altitude of the river beds. que, incluso cuando algunas de estas máquinas no llegaron a As noted, these draining mechanisms were initially manual ser construidas, merece ser la pena recordada. Entre los usos and the size of the farming patches or polders depended proporcionados a los molinos de viento –y en muchos casos on each farmer’s individual capacity. Such early tracts with realmente utilizados– figuraban los clásicos de moler grano y variable depths of topsoil were positioned along the dikes bombear agua, pero también otros como dotar de movimiento that restrained the rivers and extended inland with practically a sierras para corte de madera, fabricación de pasta de papel artisanal methods. It was in the seventeenth century, with the o pólvora, prensas de aceite y otros tan importantes como advent of the use of windmills in conjunction with cartography, el siguiente que a continuación se menciona, el cual por su that the vast inland lakes could be reclaimed, forming what are importancia merece la pena que le dediquemos unos párrafos known as lake polders (Fig. 5). Pumping the water to higher exclusivos, y que tiene lugar a orillas del Mar del Norte. levels, the windmills became the primary tool for draining the En efecto, es en el siglo XVII cuando en los Países Bajos se delta from the seventeenth through the eighteenth centuries. empieza a dar un uso a estos molinos que cambiará la historia de la región. Gracias a ellos se conseguirán desecar innumerables [The structure of the Dutch drainage mills followed a standard pólders –término que deriva del neerlandés pol, que significa design from which they seldom deviated: brick or stone found- terreno aluvial– porciones de terrenos de dimensiones variables formados por un dique perimetral y un sistema regular de carreteras y canales interiores que delimitan una retícula de parcelas alargadas5. Este tipo de estructuras artificiales de contención permitían recuperar para uso agrícola los lechos lacustres del delta neerlandés, formado por la desembocadura de tres de los principales ríos europeos –Rin, Mosa y Escalda– y cubierto originariamente por una lámina de agua de unos 50 cm de profundidad.

5 Esquinas Territoriales. Tesis Doctoral de Joan Moreno Sanz. Departamento de Urbanismo y Ordenación del Territorio de la Universidad Politécnica de Catalunya, UPC. Director de Tesis: Estanislao Roca i Blanch Fig. 5. Formación de un polder Fig. 5. Polder formation

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Aunque la polderización del delta es un fenómeno tan antiguo ations, timber tower, wide (up to 30 m) sails and attachment of como la propia colonización, mediante mecanismos básica- the main horizontal axis or windshaft via gears to the upright mente manuales en su origen, la existencia de un fenómeno shaft running along the vertical axis of the structure, where it denominado desiliencia, o descenso del nivel del terreno como was coupled to the pumping mechanism. Although tower mills consecuencia de la deshidratación y compactación de la turba had been used for centuries, it was in this period that their subyacente, hace que el delta neerlandés comience desde bien construction was most profuse. pronto un progresivo hundimiento, proceso que dura hasta The increase in size of these structures posed a problem that nuestros días. Por este motivo, fueron y son necesarios nuevos would be a constant throughout their history: orienting the mecanismos que permitan elevar el excedente de agua a la rotor (the set of sails) proved to be a difficulty with no obvious altura de los cursos fluviales. solution. That may be why for a long time they co-existed with vertical axis machines which, while less efficient, obviated the Como se comentaba anteriormente, en un principio estos problem. mecanismos de drenaje eran manuales y las dimensiones de las parcelas agrícolas o pólderes dependía de la capacidad individual del agricultor. Estos primeros pólders de turba se disponían 4. The Golden Age of Traditional Windmills a lo largo de los diques de contención fluvial y se extendían The eighteenth century was characterised by enormous con profundidades variables hacia el interior del territorio, con progress in windmill technology, particularly from the theoret- un procedimiento casi artesanal. Fue justamente gracias a los ical standpoint. While not constituting the earliest records on molinos de viento, en conjunción con los sistemas de cartogra- the techniques used, the documents published in the seventeen fiado, cuando a partir del siglo XVII se inicia la recuperación hundreds addressed many technical considerations absent in de los grandes lagos interiores, los conocidos como pólders prior writings, such as rotor performance, lift angle optimi- de lecho lacustre (fig. 5). Estos molinos permitían transferir sation or axis slope to name a few. That research can unques-

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el flujo de agua a niveles superiores, convirtiéndose de esta Fig. 6. Primer molino de viento automatizado diseñado por Edmund Lee manera en el principal instrumento para el drenaje del delta Fig. 6. First automated windmill design by Edmund Lee durante este siglo XVII y también el siguiente. Los molinos que se empleaban en estas tareas en los Países Bajos tenían un sistema estructural claro, del que pocas veces se apartaron: cimentación en ladrillo o piedra, estructura de madera, aspas de gran diámetro –hasta 30 m– y unión del eje principal horizontal mediante engranaje a un eje vertical longitudinal a la estructura del molino, donde se acoplaba al mecanismo de bombeo en cada caso. Aunque los molinos torre habían sido utilizados desde épocas pretéritas, esta fue una época en la que se desarrollaron con profusión. El aumento del tamaño de estas estructuras trajo consigo un problema que fue una constante a lo largo de una buena parte de la historia: la dificultad de orientación del rotor –conjunto de las palas– constituía un difícil nada obvio de resolver. Es quizás este hecho el que hizo que durante mucho tiempo siguieran conviviendo con máquinas de eje vertical, menos eficientes pero que no adolecían de este problema.

4. La Edad de Oro de los Molinos Clásicos El siglo XVIII fue un siglo que se caracterizó por los grandes avances, sobre todo en el plano teórico, de los molinos de viento. Si bien no representaban, ni mucho menos, las primeras publicaciones que describían las distintas técnicas que se empleaban, sí era la primera vez que se iba más allá en aspectos mucho más técnicos como el rendimiento de los rotores, la optimización de los ángulos de ataque, inclinaciones del eje y otros tantos que serían. Se puede decir que estas investigaciones, sin duda, constituyeron parte del germen que, unos dos siglos más tarde, do lugar a la aparición de la industria eólica tal y como la conocemos hoy en día. Si hubiera de destacarse un autor entre otros, a riesgo de ser injusto con la historia, quizás el ingeniero civil británico John Smeaton, podría ser el elegido. A él le debemos las primeras

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demostraciones de hechos nada evidentes a ojos de profanos tionably be said to constitute the kernel which, two centuries –y también a los no tanto, no nos engañemos– como el que los later, gave rise to the wind industry as we know it today. rotores con mayor número de palas no tienen por qué propor- If any one eighteenth century author were to be singled out for cionar más potencia a coste competitivo o el que constituye his achievements, at the risk of committing historic injustice, quizás la base del funcionamiento de la captación energética de British civil engineer John Smeaton might be distinguished un aerogenerador, según el cual el empuje del viento no depende above all his contemporaries. To him we owe the earliest tanto de la superficie de las palas, sino del área total barrida por demonstrations of facts much less than obvious to anyone las mismas en su movimiento de rotación en torno al eje. with mere lay knowledge (or, in all honesty, to many with more Y volviendo a la problemática histórica de la orientación del than just that). He showed that rotors with a larger number rotor, este siglo también fue el que trajo el primer sistema of blades do not necessarily deliver more power at a competi- que automáticamente corregía la posición del mismo. Fue tive cost and established one of the fundamental premises of otro inglés, en este caso el herrero Edmund Lee, quien dio la efficient wind turbine operation: that wind thrust depends less posibilidad de que un molino de viento pudiera prácticamente on the area of the blades than on the total area swept as they dejarse desatendido, al menos en cuanto a los cambios en la rotate around the axis. dirección del viento respecta. El invento, como puede verse Coming back to the historical rotor orientation problem, the en la figura 6, constaba de un rotor auxiliar, ubicado corriente eighteenth century also saw the first system able to automati- abajo y perpendicular al principal, que era accionado por el cally correct rotor position. Another Englishman, Edmund Lee, viento cuando la orientación no era la adecuada. En ese caso, el devised a way for windmills to operate virtually unattended, sistema contaba con el empuje y energía suficientes para movi- at least as far as changes in wind direction were concerned. lizar una rueda que hacía girar al molino, dejándolo perfecta- His invention, shown in Figure 6, consisted in a wind-driven mente orientado perpendicularmente al viento. ancillary rotor located downstream of and perpendicular to the main axis. The system yielded sufficient thrust and energy A partir de ese momento, y durante el final del siglo XVIII, to drive a wheel that turned a misaligned shaft to a position principios del XIX y hasta que la Revolución Industrial dio un perfectly perpendicular to the wind. nuevo giro a la industria, se puede decir que los molinos de viento tradicionales vivieron su época de oro. Para ilustrar con The interim between the introduction of that innovation algún número esta afirmación, mostrar que en la época de mayor and the late eighteenth-early nineteenth centuries, when the esplendor habían unos 8 000 molinos de viento operativos en Industrial Revolution steered the industry in yet another direc- Holanda, entre tres y cuatro veces más que en la actualidad, tion, can be regarded as the golden age of traditional wind- unos 9 000 molinos de viento operativos en el Reino Unido, una mills. By way of illustration, in that age of maximum splen- vez y media más que en la actualidad, 8 700 molinos de viento dour, around 8 000 mills operated in the Netherlands, three operativos en Francia, casi el doble que en nuestros días, 18 000 to four times more than at present; some 9 000 were being molinos de vientos operativos en Alemania, cifra comparable used in the United Kingdom, one-and-a-half-fold more than con la actual de este gigante eólico mundial… En todo Europa today; France had 8 700, nearly double the current figure; and llegaron a haber en funcionamiento unos ¡200 000! molinos de Germany boasted 18 000, a number comparable to that wind viento, muchos más que los que hoy en día existen. powerhouse’s present stock. Europe as a whole had immeasur- ably more than today - an amazing 200 000!

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5. La Revolución Industrial 5. The Industrial Revolution Aunque hasta mediados del siglo XIX, los molinos de viento Although until the mid-nineteenth century, the technical deve- siguieron su progreso técnico, casi ajenos a lo que la Revolu- lopments that drove progress in windmill design were largely ción Industrial tramaba, llegó un momento que, lastrados por marginal to the Industrial Revolution per se, under the weight su complejidad, intermitencia y potencia, sucumbieron ante of their complexity, intermittency and lesser power, these los nuevos y pujantes inventos energéticos que la máquina de machines ultimately yielded to the new approaches to energy vapor trajo consigo. inspired by the advent of the steam engine. Sin embargo, lejos de suponer su final, todavía dentro del siglo XIX, y recordando al mito del ave fénix, la energía eólica se reinventa mediante nuevas máquinas, con diseños distintos, en los que ahora sí se ponían en práctica muchas de las ideas anteriormente desarrolladas únicamente en el plano teórico. Estos diseños, además, se adaptaban a los nuevos métodos de producción que la Revolución Industrial había traído –inicián- dose así en la industria eólica la fabricación en serie– y también a las nuevas necesidades –circunscribiéndose en primer lugar a aquellas zonas rurales donde las ventajas de la industrialización no habían llegado. De esta época son las bombas eólicas que, a través de rotores multipala, proliferaron tanto en el oeste americano, donde desempeñaron un papel fundamental en su colonización, como en otras partes del mundo como Australia o África. Si bien la primera máquina de este tipo fue ideada por el ingeniero norteamericano Daniel Halladay, particularmente conocido y de enorme profusión resultó el modelo Perry. Thomas O. Perry, ingeniero contratado por Halladay en la empresa de este último, US Wind Engine Company, como ingeniero responsable de llevar a cabo un análisis más riguroso de los diseños iniciales, desarrolló un sistema que mejoraba notablemente su eficiencia. La compañía de Halladay, en lo que se demostró un importante error a posteriori, fue reacia a invertir en este rediseño, por lo que Perry fundó una nueva empresa, Aermotor Company, desde donde nuevo modelo se desarrolló con enorme profu- sión, llegándose a vender más de 6 millones de unidades en todo el mundo, y siendo así, hasta la fecha, el molino de viento más vendido de la historia, con gran diferencia (fig. 7). Fig. 7. Modelo Perry de rotor multipala Fig. 7. Perry’s multi-blade rotor windmill

98 99 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Fig. 8. Primer aerogenerador eléctrico danés Fig. 8. The world’s first wind turbine, in Denmark

100 101 IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL

Aunque es claro que estas turbinas multipala fueron las que Nonetheless, during the nineteenth century, like the phoenix, iniciaron el camino hacia un concepto de máquina eólica más wind energy revivified with new machines and different designs tecnificado, tal y como lo conocemos hoy en día, no cabe duda that implemented many of the ideas previously developed in que sus posibilidades de ir más allá en el mercado energético theory only. Moreover, those designs were adapted to the new eran muy limitadas. methods, such as mass production, introduced by the Industrial Fue en el viejo continente, donde el viento había sido histórica- Revolution, as well as to new needs, with use being oriented mente considerado como una fuente general de energía, donde primarily to rural areas that had not yet reaped the benefits of se inició la carrera hacia la energía eólica tal y como hoy se industrialisation. concibe. Y dentro del mismo, el papel estelar le correspondió This was the age of wind pumps which, with their multi- a Dinamarca, pues fue el país que inició las investigaciones blade rotors, proliferated in Australia, Africa and especially the en este campo, apoyándose para ello en la figura del profesor western United States, playing an instrumental role in the colon- Poul la Cour. Fue él, figura clave en el desarrollo de la energía isation of that territory. While the first machine of this type eólica tal y como se conoce hoy en día, quien en el marco de was devised by Daniel Halladay, the Perry model proved to be estas investigaciones, y tras algunas pruebas, acabó diseñando particularly successful. Thomas O. Perry, hired by Halladay as la primera máquina que utilizaba la energía eólica para generar chief engineer at his US Wind Engine Company and entrusted electricidad, es decir el primer aerogenerador eléctrico (fig. 8). with conducting a more rigorous analysis of the initial designs, developed a system that improved their efficiency considerably. When Halladay’s company, committing what time would show 6. El Siglo XX: La Aerodinámica…y la Geopolítica to be a historic error, refused to invest in his design, Perry El siglo XX trajo consigo, entre otras cosas, el desarrollo de founded his own firm, the Aermotor Company, to develop it. la aerodinámica, es decir la mecánica de fluidos que estudia The new model (Fig. 7) became enormously popular, selling las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando se over six million units worldwide and holding to this day the produce un movimiento relativo entre el mismo y el gas que los world record for windmill sales, far and away more than any rodea. Gracias a la misma finalmente se llegó a comprender el other such machine. comportamiento dinámico de las fuerzas que actuaban sobre While these multi-blade mills clearly blazed the trail for today’s las turbinas. De este modo, se empezaron a aplicar en las palas more technological wind machines, their potential to make de las turbinas eólicas los mismos perfiles aerodinámicos que further strides into the wind energy market were obviously los utilizados en la industria aeronáutica, de tal forma que limited. las velocidades de rotación –y consecuentemente los rendi- It was on the Old Continent, where wind had been histori- mientos– aumentaron considerablemente. cally regarded as a general source of energy, where the race Sin embargo, esto no fue suficiente para que en cierto modo, to harness wind energy as it is known today began. And in la utilización de turbinas eólicas como fuente de energía, fuera Europe, Denmark pioneered research in the field under the muy dependiente de aspectos geopolíticos relacionados sobre leadership of Professor Poul la Cour, a key figure in the devel- todo con el petróleo. En épocas en la que este combustible opment of wind energy as it is known today. After a few trials fósil estaba disponible y a buen precio, sin que la dependencia conducted in the context of his research, he also designed the energética de un país resultara un problema, la búsqueda first machine able to use wind power to generate electricity, i.e., de energías alternativas se veía claramente frenada. Por el the first wind generator (Fig. 8).

100 101 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

6. The Twentieth Century: Aerodynamics ... and Geopolitics One of the many developments that came in the wake of the twentieth century was the introduction of aerodynamics: the area of fluid mechanics that studies the forces acting on bodies generated by the relative motion between them and a surrounding gas. Thanks to those studies, the dynamic behaviour of the forces acting on turbines was finally understood. Hence, the same aerodynamic profiles used in the aeronautics industry began to be applied to wind turbine blades, substantially raising rotating speed and consequently performance. That did not suffice, however, to free the use of wind turbines as a source of energy from geopolitical considerations, especially in connection with the oil industry. In periods when that fossil fuel was plentiful and inexpensive, the quest for alternative energies stalled, for a country’s energy dependence posed no particular problem. The local development of other sources was only driven when political crises created a need for alternatives in which wind, logically, played a prominent role. That was the pattern for much of the twentieth century, until 23 August 1973 when the world was battered by what has come to be known as the first oil shock. On that day, the OPEC (Organisation of the Petroleum Exporting Countries) decided to cease to export oil to any country that had supported Israel in the Yom Kippur War against Syria and Egypt. That measure inadvertently provided western countries with a decisive incentive to develop renewable energy in general and wind energy in particular, an issue that has been on the political and economic agendas ever since. The need to protect our planet from the harmful emissions attendant upon the use of fossil fuels and the increasingly competitive price of renewables have done the rest. Wind energy now carries substantial weight in the energy mix of many developed countries, and affords an exceptional opportunity for developing nations.

102 103 IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL

contrario, cuando las crisis políticas hacían que un país tuviera 7. State-of-play in the Twenty-First Century que buscar nuevos suministros alternativos, se daban nuevos Today’s confused energy scenario mirrors its messy, economy- impulsos al desarrollo de energías alternativas locales, lógica- driven geopolitics, logically enough because energy lies at the mente ocupando la eólica un papel importante entre ellas. base of all economies without exception. Unsurprisingly, then, Así, a impulsos, transcurrió buena parte del siglo XX, hasta the policies implemented by the world’s predominant powers que el 23 de Agosto de 1973 comenzó la llamada Primera consequently revolve around the effort to secure a reliable crisis del petróleo. Aquel día, la OPEP (Organización de Países supply of energy. Exportadores de Petróleo) decidió dejar de exportar petróleo The wind industry is not unaffected by this turmoil and the a todos los países que habían apoyado a Israel en la guerra initial growth rates recorded from the late nineteen nineties del Yom Kippur contra Siria y Egipto. Esta medida consti- until nearly the end of the first decade of this century have tuyó, sin quererlo, el espaldarazo definitivo al desarrollo de las stymied. In addition to the industry’s own errors, renewables energías renovables en general, y particularmente de la eólica, are often confronted with fierce and rigid opposition from en los países occidentales, pues a partir de ese momento el generating companies, whose business models they alter. That mismo fue ya una constante hasta nuestros días. La necesidad opposition sometimes casts a long and unfair shadow over de preservar nuestro planeta de las nocivas emisiones que se the political debate on renewables, ultimately affecting public producen con la utilización de combustibles fósiles junto con opinion and its perception of alternative energies. Certain una competitividad excepcional en precio que poco a poco se European countries today provide a clear example of political ha ido alcanzando, han hecho el resto, constituyendo la eólica manoeuvring around the price of electricity, with wind power una energía con un peso primordial en la matriz energética de often unjustly blamed for rising prices. una buena cantidad de países desarrollados y en vías de desarrollo, así como una oportunidad excepcional para los países Actually, however, the cost of wind energy has continued its que aún no lo están. downward slide and, from the standpoint of the resource itself, would be able to supply seven times worldwide energy demand. 7. Panorama Actual Wind installations hit a record high in 2014, with yearly growth rebounding to a rate comparable to earlier levels for the fist Al día de hoy se vive un panorama energético confuso, reflejo time in many years. Installed capacity rose by 51 GW in that claro de la geopolítica actual, puesto que absolutamente todas year, for a total of 370 GW worldwide. las economías, sin excepción, funcionan a base de energía, consecuencia de lo cual las políticas de las grandes potencias que With wind energy performing as one of the highest growth dominan el mundo son una lucha por los recursos energéticos. renewables in recent history, the trend, technologically El panorama eólico no es ajeno a esta convulsión y las tasas de speaking, has been to develop ever more powerful turbines crecimiento iniciales que se vivieron en el final de la década de with increasingly larger blades to raise electric power output los 90 hasta casi el final de la primera década de este siglo, se and enhance generating efficiency. Most wind turbine manu- han visto frenadas. No olvidemos que, para empezar, y además facturers (only a few of which are shown in the photographs) de errores propios que también los hay, en muchas ocasiones make 3-MW machines and larger (up to an extreme of 8 MW, las energías renovables sufren una feroz y rígida oposición de although these have yet to be commercialised), fitted with las empresas eléctricas, pues sus modelos de negocio están rotors 120 m (and up to 170 m) in diameter that sweep twice

102 103 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

viéndose alterados. Esta oposición proyecta, también en ocasiones, una alargada e injusta sombra en el debate político que acaba calando a la sociedad, influyendo en la percepción que la misma tiene de las energías alternativas. Al día de hoy algunos países europeos son un claro ejemplo del juego político en el que sea convertido el precio de la electricidad, llegando a ser la energía eólica, muchas veces injustamente, culpada por el alza de los precios. Sin embargo, la realidad es que al día de hoy la energía eólica, sigue montada en su propia espiral de bajada de costes que, y desde el punto de vista del recurso, sería capaz de proporcionar 7 veces la demanda energética de toda la tierra. El año pasado, 2014, sin ir más lejos, fue el año de mayor instalación eólica de la historia, llegándose a una tasa de crecimiento en la instalación anual que hacía mucho tiempo que no se veía. Este buen año hizo que la capacidad instalada aumentara en más de 51 GW, alcanzándose de esta manera los 370 GW instalados en el mundo. En cuanto a la tecnología, y consecuencia de haber sido la energía eólica una de las energías renovables que ha tenido un mayor crecimiento en los últimos años, la tendencia ha sido el desarrollo de turbinas cada vez de mayor potencia y palas cada vez más grandes que permitan alcanzar nuevos niveles de generación eléctrica y eficiencia. A este respecto, la mayoría de fabricantes de aerogeneradores –se muestran en las siguientes fotografías solo algunos de ellos- cuentan ya con máquinas que alcanzan y superan los 3 MW de potencia (llegándose en algún caso extremo, aunque no comercial todavía, hasta los 8 MW) y los 120m de diámetro de rotor (llegándose hasta los 170m), que abarca dos veces la longitud de la pala más el diámetro del hub o buje, pieza donde se ensamblan estos componentes). Por países, durante los últimos años, y en el marco del proceso de búsqueda de una menor dependencia energética de países vecinos por parte de China, es este país el que se ha convertido en el líder absoluto en potencia eólica instalada en el mundo, y Fig. 9. Actuales aerogeneradores de grandes pontencias donde prácticamente uno de cada 3 MW eólicos se ubica allí. A Fig. 9. Today’s giant wind turbines

104 105 IV. UN SOPLO DE HISTORIA • HISTORY IN A WHIRL

distancia, con apenas un 17% de la cuota de mercado, Estados the length of the blades plus the hub, the part on which these Unidos ocupa el segundo lugar, mientras que las dos antiguas components are assembled). potencias mundiales, Alemania y España, mantienen la tercera By country, China, against a backdrop of its pursuit of lesser y cuarta posición. El último caso es un paradigma de cómo las energy dependence on its neighbours, has recently become the políticas estatales, a través de desafortunadas decisiones que absolute world leader in wind power, accounting for nearly 1 traen inasumibles incertidumbres al inversor, pueden llegar a of every 3 GW installed. At a considerable distance, the United hundir una industria pionera y referente a nivel mundial. Tris- States ranks second with barely 17 % of the market, while the temente, de seguir así, nuestro país será sobrepasado en muy two former world powers, Germany and Spain, stand in third poco tiempo por un buen número de países que le vienen a la and fourth positions. Spain constitutes a paradigm of how zaga (India, Reino Unido, Canadá, Francia y Brasil entre otros). state policy, translated into unfortunate decisions that generate La aparición de Asia prácticamente monopolizando el creci- uncertainties impossible for investors to assume, can ruin a miento (más de un 85% del mismo durante los próximos 20 pioneering, world benchmark industry. Sadly, unless things años vendrá de la región Asia-Pacífico y, por ejemplo, ya en el change, the country will soon be outdistanced by ambitious 2014 sólo China puso en servicio casi la mitad de la potencia rivals such as India, United Kingdom, Canada, France or Brazil. que se instaló en todo el mundo), la autosuficiencia energé- Asia’s virtual monopoly on growth (the Asia-Pacific region will tica estadounidense a través de los recientemente descubiertos account for over 85 % in the next 20 years: in 2014 nearly half grandes yacimientos de gas y petróleo de esquisto, explotados of the new power installed worldwide was commissioned in mediante novedosas técnicas de fracking, la demanda ener- China); energy self-sufficiency in the US thanks to the inno- gética india, la incógnita de Brasil como líder energético en vative fracking techniques introduced to exploit the country’s Latinoamérica, la dependencia de Rusia de la exportación de recently discovered huge shale gas and oil reserves; India’s energía….son solo algunos de los principales asuntos que los growing energy demand; Brazil’s uncertain status as energy dirigentes mundiales deberán afrontar en el futuro. Y aunque leader in Latin America; and Russia’s dependence on energy este capítulo trata de la historia, y por tanto del pasado, no me exports are but a few of the issues that world leaders will be resisto a rematarlo sin una opinión acerca del futuro en cuanto facing in future. And although this chapter is about history a las posibilidades de que la demanda energética quede cubierta and consequently the past, the temptation to conclude with a por energías renovables. Si pretendemos mantener nuestro word or two about the coverage of future energy demand with planeta en funcionamiento durante algunos siglos más, en unos renewables can hardly be resisted. If the aspiration is to ensure cuantos años –probablemente un buen número de décadas o an operational future for our planet for a few more centuries, un reducido número de centenas- no hay otra posibilidad que within a fairly short time (in all likelihood, several decades or a la totalidad de la energía consumida provenga de fuentes reno- very few hundred years), the only option is for all the energy vables. Y dentro de ellas, no me cabe duda que la cuota debida consumed to come from renewable sources. And wind will al viento será muy importante. certainly account for a sizeable share of that mix. Tenemos, por tanto, enfrente, un panorama muy alentador The prospects, then, are highly promising and all of us who para seguir mirando al futuro con la ilusión con la que cada día engage in the industry have reason to view the future with los que trabajamos en el sector lo hacemos. Y el éxito depen- optimism. Success, in the end, will depend largely on us. derá, en buena medida, de nosotros.

104 105 106 107 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL Y LA IMPORTANCIA DE LA EÓLICA ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND ALBERTO CEÑA

1. El Abastecimiento Energético Confiable y Seguro, 1. Safe and Reliable Energy Supply, Key to Social Clave para el Desarrollo Social Development El objetivo de garantizar un suministro energético confiable The significant technical, regulatory and economic implications y a un precio adecuado para el consumidor final tiene unas of guaranteeing a reliable flow of affordable energy affect the importantes implicaciones técnicas, regulatorias y económicas entire supply chain, from production through end consumption que afectan a toda la cadena de suministro desde producción and including transmission and distribution (see Fig. 1 for the hasta el consumo pasando por el transporte y la distribución electricity industry). (ver fig. 1 para el sector eléctrico). Although ensuring supply is far from simple in light of the La tarea no es sencilla pues existen multitud de condicionantes bevy of political and economic conditioning factors in place, políticos y económicos pero la experiencia demuestra la impor- experience has shown the importance of prudent action on tancia de actuar de forma prudente, tanto por parte del regu- the part of both regulators and the market agents involved lador como de los agentes y aprender de la experiencia propia and of learning from one’s own and others’ past decisions and y ajena. actions. En este capítulo se presentan algunos de los elementos claves This chapter addresses some of the key elements of electric del suministro eléctrico, desde la perspectiva y la experiencia power supply based, obviously, on the author’s personal del autor evidentemente. perspective and experience. 1.1 Las tecnologías del abastecimiento eléctrico. Los marcos 1.1 Electric power technologies. Regulatory framework regulatorios de apoyo a las energías renovables en la UE in support of renewables in the EU La mitad del siglo pasado se caracterizó por la entrada de la The second half of the twentieth century was characterised by electricidad nuclear que complemento a las centrales hidráu- the onset of nuclear power, which supplemented hydropower licas y a las térmicas de fuel y carbón. Su funcionamiento en as well as oil- and coal-fired steam plants. The operational base no alteró de forma substancial la forma de operar los fundamentals of this technology did not substantially alter the sistemas eléctricos mundiales, aunque incrementó las necesi- modus operandi of the world’s electricity systems, although it dades de reserva ante el riesgo de pérdida de un grupo nuclear did raise reserve power needs as insurance against the risk of de alta potencia. outage of a high capacity nuclear facility. Los últimos años se han caracterizado, sin embargo, por la In contrast, recent years have been characterised by the fuerte presencia de las energías renovables cuyas características prominent role of renewable energies, whose operational (pág. anterior) (opposite page) Fig. 2: Dependencia energética países miembros (Fuente: Eurostat, 2013) Fig. 2. EU member country energy dependence (source: Eurostat, 2013)

106 107 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

de funcionamiento han introducido y van a introducir impor- 690 V 400 kV 400 V tantes cambios en la forma de entender y operar los sistemas 132 kV eléctricos mundiales. 20 kV Las razones fundamentales de este importante crecimiento de las fuentes renovables han estado en la necesidad del autoa- Generación Transporte Distribución Reparto Consumo bastecimiento energético, la reducción del impacto ambiental Generation Transmission Distribution Retailing Consumption y la creación de empleo local. El liderazgo de este impulso ha Fig. 1. Cadena de suministro eléctrico por rangos de tensión (Fuente: REE) sido de los países de la Unión Europea muy sensibles siempre Fig. 1. Electric power supply chain by voltage range (source: REE) a los temas ambientales y necesitados de recursos energéticos endógenos pues importan el 53% de la energía que consumen, lo que supone un 88% del consumo de petróleo, 66% del gas properties have induced and will continue to induce signifi- natural, un 42% de los combustibles sólidos y un 95% del cant change in the approach to and operation of electric power uranio. La situación no es uniforme en los diferentes países systems worldwide. y por ejemplo nuestro país tiene una dependencia energética Such strong growth in renewable energy has been furthered exterior próxima al 75% (ver fig. 2). by the need to enhance energy independence, lower environmental impact and create local employment. The trend has been Todo ello ha supuesto la puesta en práctica de diferentes led by the EU countries, traditionally sensitive to environmental marcos regulatorios para apoyar los proyectos que aprovechan issues and short on endogenous energy resources. In aggregate energías renovables. En la figura 3 se presenta el porcentaje they import 53 % of the energy consumed, including 88 % de cobertura con energías renovables para los países de la UE of their oil, 66 % of their natural gas, 42 % of their solid fuel para el año 2012 y a las previsiones vinculantes por la Directiva and 95 % of their uranium needs. The situation varies from de Energías Renovables. country to country. Spain, for instance, is around 75 % energy- Los marcos regulatorios fueron necesarios para garantizar los dependent (see Fig. 2). flujos de caja a proyectos intensivos en capital y por lo general, The foregoing has resulted in the implementation of regula- estuvieron basados en dos principios clásicos hasta la llegada tory frameworks in support of projects that harvest renewable de la crisis económica: la obligatoriedad de comprar toda la energy. Figure 3 shows the percentage of power consumption electricidad generada por las instalaciones renovables y a un covered by renewables in the EU in 2012, along with the legally precio prefijado inicialmente con diferentes modalidades: binding targets laid down in the Renewable Energies Directive. ––Feed-in tariff fijo, utilizado fundamentalmente en España Such regulatory frameworks, needed to guarantee the cash (conocido como tarifa regulada) y la mayor parte de los flow of capital-intensive projects, were based in general on two proyectos en Portugal, la remuneración se basaba en el principles, hallowed until the advent of the economic crisis: the parque medio y todos los parques cobraban lo mismo. requirement to purchase all the power generated by renewable ––Feed-in tariff variable ligado al recurso con diferentes facilities and pre-established pricing, initially based on any one modalidades: Dinamarca remuneraba hasta un máximo de of a number of criteria: horas, Alemania en función del recurso y una torre de refe- ––a fixed feed-in tariff, used primarily in Spain (where it rencia, Francia merced a la producción. is known as the ‘regulated tariff ’) and most Portuguese

108 109 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

70% 2012 60% 2020 (1) 50%

40%

30%

20%

10% ) ) ) ) s a a a 8 d (2 (2 (2 (2 al m ay us ri a y ki a ni a any ug land Ital y ance ar eden ga va ve ustri Spai n rt mani a public rm EU-2 Fr Po Irelan A Malt Cypr Croati Finlan d Estoni a Sw Latvia mbourg Norw Slo Bul Belgiu Slo Po Greece Ro Lithuani a Ge Denmar k xe Hung h Re Netherland

(1) Objetivos de obligado cumplimiento, 2020 (1) Legally bindindg targets for 2020 Lu

(2) 2012: estimación (2) 2012: estimate Czec United Kingdo m Fig. 3: Participación porcentual de las energías renovables en la cobertura Fig. 3. Renewable energy coverage of demand in the EU (%) (source: de la demanda (Fuente: Eurostat) Eurostat) ––Certificados verdes, caso de Italia, Reino Unido (después de projects, in which consideration is based on a mean facility un fallido procedimiento de subastas), Polonia o Rumania. size, with all facilities paid at the same rate Los certificados verdes eran emitidos y controlados por una ––variable feed-in tariff, with conditions depending on the entidad pública y su precio se determinaba en función de la resource, with Denmark paying up to a ceiling number of necesidad de las Cías. Generadoras de comprar los mismos hours, Germany basing payments on the resource and a para cumplir con el porcentaje de renovables dentro de reference tower, and France on output su paquete de generación que le exigía la regulación. Se ––green certificates, as in Italy, United Kingdom (after an aplicó fundamentalmente en sistemas con mercados eléc- auction procedure failed), Poland and Romania, issued and tricos liberalizados con el objetivo de fomentar la compe- controlled by a public agency, with the price set depending tencia pero la falta de liquidez elevó mucho el precio de los on generator companies’ need to buy such certificates mismos. to comply with legal requirements on the percentage of ––Subastas de precios de venta de electricidad, recientemente renewables in their generation mix; applied essentially to se ha iniciado en algunos países como Polonia pero está foster competition in systems with liberalised electricity ampliamente extendida en Latam y en algunos países del markets, although the lack of liquidity has raised the price Medio Oriente. considerably Regular no es sencillo, entre otras cosas porque no es fácil ––power sale auctions, recently instituted in countries such conocer cuáles son los costes futuros de las instalaciones, as Poland but also widespread in Latin America and some pero sorprende no sólo tanta diversidad en un espacio físico Middle Eastern countries. y político como la UE que se quiere común pero, sobre todo, lo poco que se aprovechó la experiencia entre países incluidos Regulating is not easy, among others because of the difficulty algunos flagrantes errores regulatorios. in ascertaining facilities’ future costs. Nonetheless, such wide

108 109 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Los costes de este por lo general garantista modelo unido a diversity in a geographic and political area such as the EU that la crisis económica han supuesto su revisión y la apertura de aspires to be ‘common’ is surprising, while even more surpris- modelos regulatorios más competitivos, basados en muchos ing is the scant benefit reaped from inter-country experience, casos en las subastas de precio, aunque en el caso español la including certain flagrant regulatory errors. modalidad seleccionada ha sido la subasta de la inversión para The costs of this, broadly speaking, 'guarantistic’ model, in ligarla al Incentivo a la misma que instauró la reforma energé- conjunction with the economic crisis, induced the institu- tica. En cualquier caso, estos cambios en ningún caso pueden tion of more competitive regulatory models, often based on cuestionar los importantes beneficios de la generación - eléc price auctions. The investment auction approach adopted in trica renovable como algunos han pretendido, pues entre otras Spain aimed to associate capital outlays with the incentives cosas han permitido dar una imagen tecnológica de España introduced by energy reform legislation. Contention in some prácticamente inexistente hasta ahora en el entorno econó- quarters to the contrary, the changes involved do not, however, mico mundial. cast doubts on the substantial benefits of renewable electricity generation, not least of which is Spain’s unprecedented image 1.2 La fuerte entrada de los Ciclos Combinados. El caso as a technology powerhouse in the field. español La otra tecnología que ha tenido un fuerte crecimiento en los 1.2 The steep rise of combined cycles. Case study in años pasados han sido los ciclos combinados a partir de gas Spain natural. Este combustible estuvo inicialmente restringido para Recent years have seen expansion in another technology, su uso como fuente de energía primaria para la generación eléc- natural gas-fired combined cycle generation. The use of this trica por su elevado valor como materia prima para diversos fuel as a source of primary energy to produce electricity was procesos industriales, pero la utilización de las turbinas de initially restricted given its high value as a raw material in other gas derivadas de las utilizadas en los aviones y basadas en el industrial processes. The deployment of gas turbines based on ciclo Brayton y sobre todo su combinación con las turbinas the Brayton cycle models used in jets, and in particular their de vapor, basadas en el ciclo Rankine, permitió llegar a rendi- combination with Rankine cycle steam turbines, however, mientos superiores al 55%, dando lugar al ciclo combinado raised performance to rates upward of 55 %. The resulting que hacía estas plantas imbatibles frente a cualquier otra forma combined cycle plants now boast yields unrivalled by any other de generación térmica. form of thermal generation. Adicionalmente, los ciclos combinados son fáciles de instalar In addition, combined cycles are readily installable and can y su operación es más flexible que la de las centrales nucleares be operated more flexibly than nuclear- and coal-fired plants. y de carbón, lo que impulsó su crecimiento por ejemplo, en That has driven their growth in the Spanish peninsular system, el sistema eléctrico peninsular español como se muestra en la for instance (Table 1), where combined cycle park capacity, at Tabla 1 donde se observa que la potencia en ciclos combinados 27 210 MW, is comparable to the generating power recorded llega a los 27 201 MW similar a la de los parques eólicos. for wind farms. Tomando una vez más, el caso español como referencia, esta Again with Spain as an example, that similarity in capacity similitud de potencias ha conducido a algunas interpretaciones values has led to certain biased interpretations to the effect that interesadas en el sentido de que se construyeron para cubrir combined cycle facilities were built to cover windless periods. los periodos sin viento. La decisión fue sin embargo autónoma On the contrary, the respective investment decisions were

110 111 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

Tabla 1: Evolución de la potencia por tecnología en el sistema eléctrico español (Fuente: REE) Table 1. Installed capacity by technology in the Spanish electricity system (source: REE)

y como antes en el caso nuclear, se basó en el interés para made independently and, as in the case of nuclear power, were posicionarse en el mercado por parte de las empresas eléctricas based on electricity companies’ strategies to forge a market del singular modelo eléctrico español, donde la competencia position in Spain's unique electricity model, where competition se basa más en repetir la opción tecnológica que en competir is governed more by maintaining a given technological option en precio. Ni siquiera se pensaron para apoyar la integración than by price. Nor were such plants designed to support renovable, pues una de las ventajas de los ciclos combinados es the integration of renewables, for one of the advantages of poder separar la turbina de gas de la turbina de vapor, merced combined cycles is that their gas and steam turbines can be a lo que se conoce como “by-pass” de los gases de combustión separated via a by-pass system that releases the combustion de la primera que son liberados directamente a la atmósfera sin gases from the former directly into the atmosphere, preventing pasar por la caldera de recuperación y obtener el vapor. Se dise- them from flowing into the heat recovery boiler where steam ñaron pues para funcionar en base maximizando las horas de is generated. These facilities were consequently designed to funcionamiento en un escenario de crecimiento de la demanda maximise the number of operating hours in a demand growth que después no se ha ratificado. scenario that did not ultimately materialise. La asociación de la generación eléctrica basada en tecnologías The tendency to associate renewable source and combined de energías renovables y ciclos combinados es, sin embargo, cycle electric power generation is observed worldwide, among una tendencia mundial, entre otras cosas debido al respaldo others due to the backing afforded the former by the latter, de los segundos, si les dota la flexibilidad suficiente por la in terms of coverage for resource variability. In any event, variabilidad del recurso de las primeras. En cualquier caso es according to Spanish wind energy association (Asociación

110 111 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

importante indicar que de acuerdo con nuestras estimaciones Eólica Española, AEE) estimates ratified by the Spanish system en AEE, refrendadas después por REE, la potencia que la operator (Red Eléctrica Española, REE), the back-up capacity eólica necesita de apoyo estaría en el entorno de los 600 MW needed by wind power is on the order of 600 MW, much less muy alejado de la potencia instalada en ciclos combinados. than is presently installed in combined cycle facilities. El hecho de que los parques incorporen herramientas de Wind farms, which are fitted with prediction tools, programme predicción y programen su producción facilita la regulación. their output, facilitating the operation of the electricity system. El reto actual, en el que queremos ser una vez más lideres, es The present challenge, where Spain again aspires to take the conseguir una participación más activa en la regulación y susti- lead, is to gain more active participation in such operation and tuir de forma progresiva a las centrales convencionales en este gradually replace conventional plants in this service, essentially servicio, fundamentalmente ayudar acontrolar la frecuencia y to help control grid frequency and voltage and elude the need la tensión de la red y evitar la compra de equipos auxiliares for costly ancillary equipment for services that can be provided cuando los parques eólicos pueden aportar determinados by wind farms. servicios. Figure 4 shows how demand is covered by national facilities, excluding the international connections discussed below. The En la figura 4 se presenta la cobertura de la demanda por parte diversification of energy sources visible in the figure is a key de las centrales nacionales, no se incluye el balance de intercam- to guaranteeing supply. Note wind’s large share, which was bios internacionales que luego se comenta, donde se observa even larger in 2013 when it was the main source of electricity la diversificación de fuentes de energía, siempre positiva para generation in Spain (data not shown). Electric power supply garantizar el suministro, y el elevado peso de la eólica que en el obviously draws from international connections as a source año 2013 había sido la principal fuente de generación eléctrica. of security of supply and cost optimisation. Moreover, inter- Evidentemente, el suministro eléctrico tiene en cuenta también connections favour electricity system regulation and underpin los intercambios internacionales como fuente de seguridad political and economic union in the EU. Spain’s peninsular de abastecimiento y optimizador de costes. Adicionalmente, electricity system sells energy to Portugal and Morocco, for las conexiones internacionales favorecen la regulación de los instance, and buys power from France. sistemas eléctricos y en el caso europeo, vertebran la unión política y económica de la UE. El sistema eléctrico peninsular 16,4% Carbón / Coal español intercambia por ejemplo, con Portugal y Marruecos 21,9% Nuclear / Nuclear habitualmente en sentido vendedor y con Francia en el opuesto. 10,4% Cogeneración y resto / CHP and other 15,4% Hidráulica(1) / (1) El refuerzo de la nueva conexión con este último país a es Hydropower 20,4% Eólica / Wind una oportunidad para favorecer los intercambios entre ambos 3,1% Solar fotovoltaica / Solar photovoltaic sistemas y por lo que se refiere a la eólica, interesa sobre todo el 2,0% Solar térmica / Solar thermal invierno periodo de mayor demanda en la UE, lo que permite la 21,9% Térmica renovable / Renewable thermal exportación de excedentes, a un mayor precio y evita, además, 8,5% Ciclo combinado / Combined cycle las limitaciones a la generación de los parques (oscilan entre el 1% y el 3% del producible anual, un importante lucro cesante Fig. 4. Estructura de generación eléctrica peninsular 2014 (Fuente: REE) Fig. 4. Electricity generation in continental Spain by technology, 2014 de varios millones de euros). (source: REE)

112 113 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

1.3 La operación de los Sistemas eléctricos. El caso español (%) un referente mundial 8 La operación técnica de cualquier sistema eléctrico se basa en 6 4 coordinar todos los elementos que lo componen para garan- 2 tizar en todo momento la cobertura de la demanda, en condi- 0 ciones de confiabilidad y seguridad para el sistema. Por lo que − 2 respecta al caso europeo en general y al español en concreto, la − 4 − 6 tendencia de esta última década ha sido una caída, como se ve 2004 2006 2008 2010 2012 Año / Year en la figura 6, motivada por la crisis económica de la misma. La Fig. 6. Evolución de la demanda en España, 2003-2013 (Fuente: REE) situación es realmente atípica pues ni siquiera a finales de los Fig. 6. Electric power demand in Spain, 2003-2013 (source: REE) años 70 con la profunda desindustrialización del país derivada del final de la autarquía, se produjo una situación similar de The strengthening of the new connection with France will reducción del consumo. enhance the interconnection between the two systems. For Esta caída del consumo ha estado también influida por el wind, opportunity peaks in the winter when high demand in proceso de desindustrialización de los países desarrollados the EU favours the export of surplus energy at a better price, enabling plants to circumvent generation constraints on farms (amounting to a total of 1 to 3 % of yearly output, or lost profit of several million euros).

1.3 Electricity system operation: Spain as an international benchmark The technical operation of any electricity system is based on coordinating all the constituent elements to reliably and safely guarantee demand coverage at all times. In Europe in general and Spain in particular, demand has tended downward in the last 10 years as a result of the economic crisis. This situation is highly atypical, for not even in the late nineteen seventies, in the midst of the country’s drastic deindustrialisation following on the demise of the autarchy, did consumption decline so steeply. This slump in consumption was also induced by deindustrialisation in developed countries with manufacturing growth in China, as shown in Figure 7. The foregoing has led to a less favourable load curve for Spain’s continental electricity system, Fig. 5. Intercambios comerciales del Sistema Eléctrico Peninsular (Fuente: REE) understood as the difference between peak and valley demand, Fig. 5. Energy interconnections, Spanish continental electric power system heightening the challenges involved in electricity system (source: REE) operation.

112 113 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

sobre todo por el crecimiento de la actividad manufacturera en Operation is based on balancing supply and demand. The China, tal y como se observa en la figura 7. Todo ello ha condu- indicator used is frequency, which should be constantly cido a un empeoramiento de la curva de carga del sistema eléc- kept very close to 50 Hz while eluding line congestion and trico peninsular español, entendido como diferencia entre la maintaining a steady voltage at system nodes. The task is punta y el valle de demanda eléctrica lo que ha incrementado enormously complex due to the host of actors involved, but los retos para la operación del sistema eléctrico. at the same time strictly regulated by technical standards and La operación se basa por lo tanto en igualar oferta y demanda codes as well as by the direct control effected by REE through para lo cual se utiliza el indicador de la frecuencia que debe its control centre, as illustrated in Figure 8. mantenerse en todo momento próxima a los 50 Hz, evitando, The introduction of renewable energies in system operation además, congestiones en las líneas y manteniendo también has followed the same pattern around the world: strong initial estable la tensión en los diferentes nudos del sistema. Se trata resistance on the part of the operator due to resource varia- de una tarea compleja por la multitud de intervinientes pero bility, resulting in stricter grid codes, and subsequent under- a su vez fuertemente reglada a partir de normas y códigos standing of and adaptation of procedures to such technologies técnicos y el control directo que realiza REE a través de su by coordinating facility operation, among others. centro de control como se muestra de forma esquemática en The present challenge lies in capitalising on the dispersion la figura 8. and power electronics of wind capacity equipment to replace Por lo que respecta a la introducción de las energías renovables conventional sources of energy in the provision of frequency en la operación del sistema, el camino recorrido por todos los stability and voltage control services, thereby eluding the need

45 Hierro y acero / Iron and steel Minerales no metálicos Non-metallic minerals s 30 Textil y cuero / Textile and leather Química y petroquímica

Exajoule 15 Chemical and petrochemical Papel, pasta e impresión 0 Paper, pulp and printing 1990 2000 2011 1990 2000 2011 1990 2000 2011 1990 2000 2011 1990 2000 2011 1990 2000 2011 1990 2000 2011 Comida y tabaco / Food and tobacco OECD Non-OECD China Other Africa Latin America Middle East Metales no férreos / Non-ferrous metal Europe and Eurasia developing Asia Otras / Other

Fig. 7. Evolución mundial del consumo de los diferentes sectores industriales (Fuente: AIE) Fig. 7. World power consumption by industry (source: IEA)

114 115 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

operadores mundiales ha sido siempre el mismo: fuerte resis- for the installation of costly elements in transmission lines, as tencia inicial ante la variabilidad del recurso lo que llevaba a discussed above. un endurecimiento de los códigos de red, para posteriormente Economic operation of the electricity system is wedded to entender las nuevas tecnologías y adaptar los procedimientos technical operation and affects both electricity supply and the a las mismas incorporando, por ejemplo, la operación coordi- regulation required to maintain the aforementioned variables nada de las instalaciones. within the margin of safety. En la actualidad, el reto es aprovechar el carácter disperso y As noted earlier, one of the drivers of the strong growth of la electrónica de potencia de los equipos, para incorporarlos a combined cycle plants on the peninsula has been the pursuit los servicios de regulación de frecuencia y control de tensión of a position on the wholesale electricity market on the part of sustituyendo a las fuentes de energía convencionales y evitando electricity companies. Inasmuch as they all offer the same tech- la instalación de elementos costosos en las líneas de transporte, nology, however, their competitive edge in terms of variable como ya se ha mencionado en la sección anterior. Por lo que se refiere a la operación económica del sistema eléc- trico esta va unida a la operación técnica y afecta tanto a los suministros de electricidad como a la regulación necesaria para mantener las variables antes mencionadas dentro de los necesarios márgenes de seguridad. Una de las razones del fuerte crecimiento peninsular de los ciclos combinados fue precisamente posicionarse en este mercado mayorista de electricidad, tal y como se ha comentado, con el problema de que al ser de la misma tecnología, las ventajas en costes variables, las ofertas en el mercado se hacen basándose en los mismos como luego se comenta, derivaban más de la negociación de los contratos de suministro de gas natural que de la mejora de eficiencia de las plantas. La operativa del mercado se basa pues en realizar ofertas de precio por parte de los agentes participantes basadas ya sea en el coste variable, para la mayor parte de las centrales, o en el de oportunidad, para las hidráulicas de embalse. Los primeros que entran para poder vender su electricidad son los que ofertan precios más bajos, pudiendo llegar ser cero aunque en la actualidad está en el entorno de los 10-20 €/MWh, y si no se cubre la demanda van entrando centrales más caras Una vez hechas las ofertas para cada hora el criterio a aplicar es marginalista de corto plazo, la última que entra para cubrir Fig. 8. Operación coordinada del sistema eléctrico (Fuente: REE) la demanda en cada hora fija el precio para todas las de precio Fig. 8. Coordinated operation of the electricity system (source: REE)

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igual o inferior. Es decir si una central como un parque eólico, costs, on which market offerings are based, as discussed below, oferta a cero pero la última que entró fue un ciclo combinado stems more from natural gas price bargaining than from plant que oferto a 60 €/MWh, el parque eólico termina cobrando efficiency. este precio para esa hora concreta. Este mercado es fuerte- Market operation is based on the price offered by the partici- mente cuestionado pero está claro que con retoques va a ser pating agents in terms either of variable costs (for most plants) la piedra angular del mercado único europeo, quedando por or of opportunity cost (for hydroelectric facilities). The plants resolver el problema del control de posiciones dominantes que whose output is deployed first are the ones offering the lowest evite posibles concertaciones. price, which may dip to zero, although at this writing it stands El Sistema Eléctrico Peninsular español fue precisamente el at around €10-20/MWh. If demand is not covered by these primero en permitir la participación de la energía eólica en plants, the ones offering the second lowest price are deployed, este mercado lo que fue posible por el uso extensivo de herra- then the third lowest and so on. mientas de predicción y propició la realización de ofertas por Once all the bids for each hour are submitted, a short-term paquetes de proyectos que compensaban sus programas de marginal criterion is applied: i.e., the last facility deployed to producción para laminar los inevitables desvíos de los mismos. meet demand at each hour sets the price for them all. For En la figura 9 se presenta de forma esquemática la participa- example, if a facility such as a wind farm offers electricity ción de la eólica en los diferentes mercados. En la misma se at €0/MWh, but the last bid for which demand is assigned, observa que la energía eólica participa en el mercado diario y submitted by a combined cycle generator for instance, is for posteriormente en los mercados intradiarios para poder ajustar €60/MWh, that is the rate paid the wind farm for the hour sus programas y evitar las penalizaciones por desvíos. La parti- at issue. Whilst this model has been called into question, it is cipación en los mercados gestionados por REE es previsible clearly going to be the cornerstone of single European market que sea posible a partir del año 2016 con un doble objetivo: operation, with some minor adaptations. The problem of how aprovechar las capacidades tecnológicas de los parques eólicos to control market dominance to prevent possible collusion has y su carácter distribuido en la red y obtener unos ingresos yet to be solved, however. adicionales, como ya se ha comentado. The Spanish continental electricity system was the first to allow Inicialmente la participación de la eólica era pasiva y tomadora wind energy to participate on this market. Such participation, del precio finalmente casado aunque el hecho de que muchos possible thanks to the widespread use of prediction tools, parques eólicos cobren sólo el precio del mercado por culpa favoured package offerings in which possible deviations from de la reforma energética (este tipo de plantas que ofertan en output programmes could be flattened. el mercado se conocen en la terminología anglosajona como The flow chart in Figure 9 shows wind’s share of a number merchant plants siendo en el caso de los parques anteriores al of markets. Wind energy participated first in daily and later 2003 una posición forzada) ha provocado un posicionamiento más dinámico para incrementar los ingresos. Este modelo es realmente novedoso y un referente para otros países europeos y (pág. siguiente / opposite page) además de mostrar la madurez del sector eólico como fuente de Fig. 9. Operativa de la eólica en la operación económica del sistema (Fuente: energía, también la importancia de la colaboración del propio AEE) sector con los Operadores Técnico y Económico del sistema. Fig. 9. Wind participation in system economic operation (source: AEE)

116 117 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

OMIE REE in inter-day markets to be able to adjust its programmes and elude penalties for deviations. Inasmuch as the tests conducted Conexiones bilaterales Internacionales on renewable energy facilities to qualify for providing ancillary Programación Programming International bilateral services are near approval, wind farms will foreseeably begin to connections MERCADO participate on the respective REE-managed markets in 2016, Parque eólico 1 DIARIO Resultado de la casación / Clearing price Wind farm 1 DAILY with a dual aim: to capitalise on the technological capacity of MARKET Conexiones bilaterales wind farms and the distributed nature of their generation and Nacionales National bilateral to obtain additional revenues, as mentioned above. Parque eólico 2 connections Wind farm 2 Wind’s participation was initially passive, i.e., the price ulti- SOLUCIÓN DE RESTRICCIONES mately cleared was the price accepted. The fact that many wind TÉCNICAS farms are paid only the market price due to energy reform Parque eólico N SOLUTIONS TO Wind farm N TECHNICAL (plants that submit bids to operate on the market are known CONSTRAINTS as ‘merchant plants’, a position imposed upon farms prior to Servicios 2003) has prompted them to adopt a more dynamic approach complementarios Ancillary services to increase their revenues. This genuinely innovative model, a benchmark for other European countries, reveals the maturity OTROS PROCESOS DE GESTIÓN of the wind industry as a source of energy and the importance TÉCNICA of its cooperation with the system’s technical and economic OTHER TECHNICAL PROCESSES operators.

Programación ajustada 6 veces/da Programming adjusted 6 times/day 2. New Models of Supply: Greater Consumer Procesos en tiempo real Participation in the Supply of Energy Ajustes interdiarios 6 Mercados interdiarios Real-time processes Inter-day adjustments 6 Inter-day markets Distributed generation, one of the variations on which is self- supply whereby the owner of the facility controls supply, is 2. Nuevos Modelos de Suministro: Mayor Participación based on locating generating units close to the consumer to del Consumidor en el Abastecimiento Energético reduce transmission and distribution losses and in many cases La generación distribuida, una de cuyas variantes es el autocon- to capitalise on endogenous resources, such as shown in Figure sumo donde es el propietario de la instalación el que controla 10 for a system not connected to the grid. el suministro, se basa en la instalación cerca del consumidor In 1999 when I was International Projects Manager for the de las unidades de generación para reducir las pérdidas en el ACCIONA Energy Division, I was visited by representa- transporte y distribución y aprovechar, en muchos casos, los tives from a US electricity company, from Oregon I seem recursos endógenos como se muestra en la figura siguiente to recall who, in light of the scant enthusiasm shown by para un sistema no conectado a la red. Spanish electricity companies, approached us about a plan Ya en el año 1999 cuando era Director de Proyectos inter- for distributed generation. The proposal was to sell not only nacionales de la División de Energía de ACCIONA recibí la electricity but also the respective equipment, including a series

116 117 visita de una Compañía Eléctrica Americana, creo que era de of options ranging from PEM fuel cells to gas and renewable Oregón, que ante la falta de receptividad de las Compañías energy (primarily photovoltaic and wind) micro-turbines. The Eléctricas españolas, se dirigía a nosotros con el objetivo de equipment would be installed and maintained by the supplier desarrollar un esquema de generación distribuida. Su propuesta to ensure customer loyalty. era no vender sólo electricidad sino directamente los equipos y Once again, the US industry, the first (with the approval of ofrecían una serie de opciones desde pilas combustibles PEM, the PURPA in the late nineteen seventies) to develop genera- pasando por microturbinas de gas y energías renovables, bási- tion independent of public systems, had adopted a dynamic camente fotovoltaica y eólica. Se encargaban de la instalación and exemplary avant-garde attitude. Given the high technical y mantenimiento de estos equipos y de esta forma fidelizaban risk and costs prevailing 15 years ago, however, the proposal al cliente. failed to prosper: in Spain we were still benefitting from special regime protection. It was nonetheless symptomatic of a wholly Una vez más el dinamismo de los americanos, los primeros different electricity supply culture: distributed generation could que desarrollaron la producción independiente de los sistemas be more an opportunity than a threat. públicos de generación, con la aprobación del PURPA a finales de los años 70, resultó vanguardista y ejemplar. Evidentemente, In any event, both distributed generation and self-supply are hace 15 años los riesgos técnicos y los costes eran demasiado alternatives to be reckoned with, as attested to by the domestic elevados y la propuesta no llegó a cuajar, estábamos todavía batteries recently brought to market by a US producer. These, protegidos por el régimen especial, pero puso en evidencia una together with electric cars, will afford electricity consumers cultura distinta del suministro eléctrico: la generación distri- greater independence of decision and action. Although gener- buida puede ser una oportunidad y no una amenaza. ating electricity with a renewable technology may be more or less expensive, the cost during the 20 years from the time it is En cualquier caso, tanto la generación distribuida y el autocon- installed is a known quantity, with the sole exception of the sumo son alternativas que van a llegar, ahí tenemos la oferta de uncertain price of components that may need to be replaced. baterías domésticas por parte de algún productor americano, y junto con el vehículo eléctrico van a propiciar una mayor I could hardly end this chapter without mentioning an indis- autonomía a la hora de decidir y operar por parte del consu- pensable and significant type of self supply: electric power in midor eléctrico. Téngase en cuenta que el precio de la genera- island systems. The Gorona del Viento hydro-wind project on ción con una tecnología renovable podrá ser más o menos caro El Hierro, one of the Canary Islands, is a case in point, as is pero es conocido desde el momento de su instalación para los the less widely known use of wind energy to partially cover próximos 20 años, con incertidumbres sólo sobre el coste de demand on the Galapagos Islands (see Figure 11). The latter reposición de algunas componentes. project arose in the wake of a shipwreck that polluted the Galapagos biosphere reserve and more specifically San Cris- tóbal Island. The project comprises the following units: Por último, no quiero terminar este capítulo sin mencionar una modalidad de autoabastecimiento inevitable e importante como ––three model AE509 wind turbines with variable pitch and es el caso del suministro eléctrico a sistemas insulares, caso de speed and a rated capacity of 800 kW El Hierro con el proyecto hidro-eólico de Gorona del Viento, ––one gas-oil facility with six engines, three installed in o el menos conocido del suministro parcial a una de las Islas 1990 with a capacity of 650 kW (812 kVA) and one each

118 119 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

Galápagos con energía eólica (Ver fig. 11). El proyecto surge a raíz del accidente de una barco que contamino la reserva de la biosfera que son las Islas Galapagos y de forma más concreta la Isla San Cristobal, constituida por las siguientes unidades: ––3 aerogeneradores del modelo AE59, paso y velocidad variable, con una potencia nominal de 800 kW. ––Una planta diésel, con 6 grupos de los cuales 3 grupos son de 650 kW (812 kVA) que fueron instalados en 1990, posteriormente fueron instalados 3 grupos más en 2009, 2011 y 2014 de 1 000 kW, 1 100 kW y 900 kW respectivamente, los cuales deberían integrase a la operación del conjunto. Según datos de Eolicsa se tiene que la aportación de energía del parque eólico es del 32 % de la energía total que requiere la Fig. 10. Modelo de autoconsumo basado en fotovoltaica y eólica (Fuente: Bornay) isla para satisfacer la demanda de electricidad. Hay que tener en Fig. 10. Photovoltaic- and wind-based self supply model (source: Bornay) cuenta que el coste de generación con los grupos diesel estará en el entorno de los 200 $/MWh frente a menos de la mitad del parque eólico, lo que justifica siempre la importancia de in 2009, 2011 and 2014 with capacities of 1 000, 1 100 utilizar el viento en los sistemas insulares. and 900 kW, respectively, which were to be integrated into overall facility operation. According to Eolicsa data, the wind farm supplies 32 % of the 3. A Modo de Conclusión total energy required to meet the island’s demand for electricity. At $200/MWh, generation with gas-oil turbines costs over La liberalización del sector eléctrico iniciada en los años 90 twice as much as wind farm production, a statistic that clearly con la separación, empresarial o jurídica dependiendo de los supports the use of wind in island systems. casos, de las diferentes actividades generación, transporte y distribución y comercialización, coincidió con la integración de las energías renovables. El hecho de que no existiera una clara delimitación legal entre unos sectores liberalizados, al menos 3. By Way of Conclusion sobre el papel, y otros planificados provocó una serie de inefi- The liberalisation of the electricity industry undertaken in ciencias, como la no reserva de capacidad, que se resolvieron the nineteen nineties with the corporate or legal unbundling, de forma un tanto singular dando un excesivo protagonsimo a depending on the case, of generation, transmission, distribution las Comunidades Autónomas. and retailing, concurred with the onset of renewable energies. Por otro lado, la existencia del déficit de tarifa que tuvo su The non-existence of legal bounds, at least on paper, between origen en la insuficiente reducción de precios que se esperaba liberalised and planned industries prompted a series of inef-

118 119 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

660 kVA Grupo electrógeno 0,48/13,2 kV 0,38/15 kV Cargas Gas-oil generator 750 kVA 60 Hz 50 Hz Loads

13,2/1 kV Filtro 60 Hz Filter

10 km

Fig. 11. Esquema planta híbrida eólico-diesel de Galápagos (Fuente: GPTECH) Fig. 11. Flow chart for Galapagos Island hybrid wind-gas-oil plant (source: GPTECH)

120 121 V. EL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL • ENERGY TODAY AND THE ROLE OF WIND

del mercado liberalizado antes mencionada, colocó el foco en ficiencies, such as the lack of reserve capacity, for which ad el desarrollo de las renovables como causantes de todos los hoc solutions had to be found. These circumstances accorded males del sector de forma totalmente injustificada. regional authorithies undue prominence. La experiencia ha demostrado sin embargo la idoneidad de Moreover, the tariff deficit arising in the wake of the insufficient la aportación de la renovables a la seguridad de suministro y price reduction on the liberalised market unjustifiably fingered sobre todo en el caso de la eólica, su dinamismo a la hora de renewable energies as the cause of all the industry’s ills. aportar soluciones para facilitar su integración en la operación Experience, however, has proven that renewables contribute técnica y económica del sistema. Siempre fue importante que substantially to the security of supply and that the wind industry los tecnólogos fueran españoles. El camino recorrido ha sido is particularly dynamic in providing solutions to facilitate its largo y difícil pero las renovables han venido para quedarse y integration in the technical and economic operation of the España no puede permitirse el lujo de tirar por la borda todo system. The professionals involved have consistently been este esfuerzo. Spaniards, another important feature. We have sailed a long way on a rough sea but renewables are here to stay and Spain cannot afford to toss all that effort overboard.

120 121 122 123 VI. UN MUNDO MEJOR • A BETTER WORLD DAVID SARRASÍN

1. Introducción 1. Introduction El mundo actual en el que vivimos no sería posible sin la Today’s world would not be possible without energy. Energy energía. Ha sido la energía la que ha posibilitado la industria is what drove modern industry and transport and with them y el transporte modernos, y con ello el desarrollo social y la social development and improved living conditions for people mejora de las condiciones de vida de las personas en una gran in much of the globe. parte del mundo. The main sources of energy presently in use pose serious Las principales fuentes de energía en uso en la actualidad problems that we accept today because we have no other choice. tienen sin embargo problemas importantes con los que hoy Despite the substantial second-order effects discussed below, convivimos, porque no tenemos alternativa: aún a pesar de sus the advantages of abundant and relatively inexpensive energy importantes efectos secundarios que repasaré más adelante, are far greater than the problems generated by its use. Our las ventajas de tener energía abundante y relativamente barata increasingly sensitive ecological and social conscience makes son inmensamente superiores a los problemas que su uso it more and more difficult for us to accept these problems genera. Nuestra conciencia ecológica y social, día a día más and unwanted effects however. In another vein, developing desarrolladas, hace que nos cueste cada vez más aceptar todos countries need growing amounts of energy to enhance estos problemas y efectos secundarios, pero al mismo tiempo their populations’ standard of living, and they will naturally los países en desarrollo necesitan cada vez más energía para prioritise access to cheap energy over all other considerations. aumentar el nivel de riqueza de su población, y van a seguir Present efforts to lower emissions and use renewable sources siempre priorizando el acceso a energía barata sobre otras as backup energy indisputably help to slacken the pace of consideraciones. Los esfuerzos actuales por minorar emisiones growth of these problems, but they will not by themselves y por el uso de las renovables como energías de respaldo sin deliver the solution. Maintaining the energy model we know duda ayudan a que los problemas no crezcan tan rápido, pero today for much longer, then, even for as little as 30 or 40 years, en sí mismas no van a solucionar los problemas. Mantener el would seem reckless at best. modelo energético que conocemos hoy durante mucho más Fortunately, we now have technologies to change the energy tiempo, incluso tan poco como treinta o cuarenta años, parece model in much less than 30 years. This new approach has cuando menos preocupante. enormous benefits for developing economies as well as for the Afortunadamente, ya tenemos las tecnologías para cambiar de environment. Both factors will raise the quality of life for the modelo energético mucho antes de esos treinta años. Se trata planet’s present and future inhabitants. One of the mainstays de un modelo con grandes ventajas para el desarrollo econó- of the new model that I’ll be describing, without which its mico de los países no desarrollados, y con grandes ventajas institution would not be possible, is the existence of renewa- para el medio ambiente. Ambos factores posibilitarán el bles, in particular wind and solar photovoltaic energy.

122 123 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

acceso a una vida mejor a todos los que habitamos el planeta 2. Today’s Energy Model y a quienes lo habitarán en años venideros. Pilares del nuevo modelo que describo más adelante, sin el que dicho modelo no 2.1 Origin sería posible, son las energías renovables, con la eólica y la solar The energy model now in place is based on the combustion fotovoltaica a la cabeza. of fossil fuels to produce energy for transport, industry and household use.

2. El modelo Energético Actual Electricity is not shown on the graph because it is included in the primary sources (all nuclear energy is electricity, for 2.1 Origen instance, as is most of the power produced with renewables). El modelo energético actual se basa en la utilización masiva de This model has been with us for over two centuries, since the combustibles fósiles para producir energía para el transporte, development of the steam engine induced the massive use la industria y los usos domésticos. of fossil fuels. The steam engine, with coal as the source of La electricidad no figura porque se consideran las fuentes de energy, spurred the First Industrial Revolution, with the producción de la misma (por ejemplo, la energía nuclear es toda advent of industrial manufacturing and the railroad as the ella eléctrica, y la parte principal de las renovables también). solution to transport people and merchandise on land. In just Es un modelo que nos viene acompañando desde hace más a few decades, society changed radically, with a spectacular rise de dos siglos, cuando el desarrollo técnico de la máquina de in output and and faster and cheaper long distance transpor- vapor permite empezar a utilizar de forma masiva combus- tation for people and goods both. tibles fósiles. La máquina de vapor y el carbón como fuente In a second stage, further technological development brought de energía posibilitan la Primera Revolución Industrial, con electricity and the combustion engine. The large-scale harnessing florecimiento de la industria y con el ferrocarril como forma of gas and oil, in turn, ushered in new forms of transpor de transporte terrestre para personas y mercancías. En pocas tation (cars, aeroplanes) and progress in industrial machinery decenas de años sobreviene un cambio radical en la sociedad. and household appliances that led to another upsurge in growth, Se multiplica la producción de bienes, se posibilita el trans- wealth and quality of life. These early twentieth century develop- porte de personas y mercancías. ments constituted the Second Industrial Revolution. En una segunda fase, gracias a nuevos adelantos tecnológicos, With the invention of electricity, two new sources of energy aparecen la electricidad y el motor de explosión, comenzando made their appearance at mid-century: nuclear energy and a el aprovechamiento masivo del gas y del petróleo, que posibi- few years earlier, the first widespread source of renewable litan nuevas formas de transporte (automóvil, avión) y mayores energy, hydroelectricity. adelantos en maquinaria industrial y en aparatos domésticos Wind energy, first used to generate electricity 30 years ago, is que suponen otro gran salto en crecimiento, riqueza y calidad today a significant source of electric power in Europe. Solar de vida. Tuvo lugar a principios del siglo pasado, y supuso la photovoltaic generation was introduced somewhat later. While Segunda Revolución Industrial. wind is much more prevalent, photovoltaic energy has expanded La invención de la electricidad además posibilita la incorpo- rapidly over the last 2 years, and the number of new facilities ración de dos nuevas fuentes de energía durante la segunda coming on stream yearly is now comparable in these two mitad del siglo XX: La energía nuclear y algunos años antes renewables.

124 125 VI. UN MUNDO MEJOR • A BETTER WORLD

la primera fuente de energía renovable de uso generalizado, la hidroeléctrica. 100% Hace treinta años aparece la energía eólica como fuente de energía, en la actualidad con una aportación relevante en producción de electricidad en Europa, y más adelante aparece la solar fotovoltaica. La implantación de la eólica es muy superior, pero la fotovoltaica en estos últimos dos años está conociendo una expansión enorme, con un nivel de instala- 50% ciones nuevas cada año ya similar al de la eólica. Ambas han ido bajando sus costes de producción de energía drásticamente, siendo ya fuentes de energía competitivas en coste respecto a nuclear, petróleo y gas. 0% 2.2 El modelo energético actual: problemas Poland Germany UK Denmark EU Spain France El modelo energético actual se basa principalmente en el uso Otras / Other Nuclear / Nuclear Petróleo / Oil de combustibles fósiles para producir energía (Figs. 1 y 2). Este Renovables / Renewables Gas / Gas Carbón / Coal modelo ha permitido el desarrollo que nos ha traído hasta aquí, por lo cual hay que estarle sin duda muy agradecidos. Pero es Fig. 1. Porcentaje de diferentes fuentes de energía en Europa en 2013 un modelo que también presenta problemas graves, desde (Eurostat) múltiples puntos de vista: Fig. 1. Distribution (%) of sources of energy in Europe in 2013 (Eurostat) Está el punto de vista de la contaminación. La producción de energía en el mundo, actualmente, se realiza principalmente mediante combustibles fósiles, principales responsables de la emisión de gases que provocan calentamiento global. La contaminación es un problema grave que sufre ahora 31.6% Transporte / Transport una parte significativa de la población mundial en el aire que 26.8% Hogar / Household respira, y los efectos irreversibles sobre todo el planeta que la 25.1% Industria / Industry emisión de gases está produciendo es algo sobre lo que hay 13.8% Servicios / Services ya amplio consenso en la comunidad científica. Es indudable 20.4% Agriculura y forestal que si seguimos más tiempo por este camino vamos a dejar a Agriculture and forestry nuestros hijos un mundo en el que vivir, mucho peor que el 0.6% Otros / Other que recibimos de nuestros padres. Está el punto de vista de la economía, con dos perspectivas. Producir energía es caro y para casi todos los países implica importación de grandes cantidades de combustibles fósiles. Fig. 2. Porcentaje de consumo de energía por sectores en Europa (28) 2013 (Eurostat) Esto es dinero (riqueza) que sale del país. Con esa riqueza, la Fig. 2. Consumption (%) by sector, Europe (EU-28), 2013 (Eurostat)

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población del país en cuestión podría tener acceso a una vida Production costs have declined drastically in both types of mejor, con más servicios, más empleo, más seguridad. Y salvo generation, enabling both to compete in price with nuclear, oil excepciones, esa riqueza en su lugar de destino (los países que and gas energy. venden el petróleo) no se distribuye ni aprovecha para mejorar las condiciones de vida de grandes masas de población. 2.2 Today’s energy model: the problems Visto desde el punto de vista de los países poco desarrollados, The model now in place is based primarily on the use of fossil la falta de acceso a la energía por no poder pagarla (o no poder fuel to produce energy (Figs 1 and 2). Insofar as it has supported pagar las infraestructuras necesarias para su distribución) incide the development that we know today, we are indebted to it. sobre la calidad de vida de las personas y sobre la capacidad de Nonetheless, at the same time, it poses serious problems in a las economías de estos países de crecer para posibilitar a su vez number of respects. un incremento de la riqueza y los servicios para sus habitantes. Environmentally speaking, fossil fuel-based energy production Esto nos lleva a un tercer punto de vista, geopolítico. Por una parte, el control de los recursos energéticos puede originar y is one of the primary sources of pollutant gases. Pollution origina conflictos internacionales. Oriente Medio y la antigua of the air we breathe is a severe problem affecting a significant Unión Soviética son exportadores naturales de petróleo y portion of the world’s population, while the irreversibility of constituyen dos regiones en permanente riesgo de conflicto. the effects of greenhouse gas emissions on the planet as a Por otra parte, la incertidumbre en el suministro en caso de whole is generally acknowledged by the scientific community. conflicto y la actual dependencia de las principales economías If we continue along this route much longer, our children mundiales de dicho suministro facilitan que un conflicto por el will indisputably inherit a much less hospitable world than we control de este recurso escale con facilidad hasta alcanzar una received from our parents. escala global. Y sin llegar a un conflicto, la variación de precios The economic problems posed can be viewed from two per- por razones políticas o estratégicas impactan en las economías spectives. Energy production is an expensive undertaking in de todo el mundo, y no contribuyen a la estabilidad económica. which nearly all countries are required to import vast quantities Este modelo energético presenta, por tanto, problemas graves, of fossil fuels. That detracts from their wealth. Those same que urge solucionar para poder avanzar hacia el futuro. Por tanto, resources could be used to secure a higher standard of living si para el futuro queremos un mundo mejor, con más riqueza for their populations, with more services, more employment para todos y con un medio ambiente no degradado irreversible- and greater security. With only a few exceptions, that wealth mente, tenemos que cambiar el modelo energético actual. is not distributed in the recipient (oil exporting) countries or capitalised on to improve living conditions for the bulk of their inhabitants. 3. El Nuevo Modelo Energético Lo que pedimos al nuevo modelo energético para que suponga Viewed from the perspective of developing countries, the una Tercera Revolución en cuanto a su impacto en la calidad non-affordability of energy (or of the infrastructure needed to de vida de las personas no es poco: distribute it) impacts the quality of life of their people and the ––energía limpia, que suponga una disminución drástica de ability of their economies to grow and hence to create wealth las emisiones que están cambiando el planeta. and provide services.

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––energía abundante de acuerdo a la creciente demanda de That brings us to the third consideration: geopolitics. On los países en vías de desarrollo the one hand, the control of energy resources can and does ––energía barata, cuyo uso no reduzca los recursos de las originate international disputes. The Middle East and the personas que la utilizan former Soviet Union are natural oil exporters and regions ––energía producible en cualquier parte del mundo, que el where the risk of conflict is ongoing. Moreover, the uncer- control de las regiones que poseen los recursos energéticos tainty of supply in the event of armed conflict and the present no sea una fuente de conflicto. dependence of the world’s major economies on such supply He puesto el problema medioambiental delante. Quizá el could readily prompt global escalation to gain control of mundo desarrollado sí estaría dispuesto a pagar más por una the resource. Even in the absence of disputes, however, the energía más limpia, pero no es razonable pensar que a nivel variation in price for political or strategic reasons impacts mundial va a triunfar un modelo energético cuya energía tenga economies the world over, detracting from economic stability. un coste superior al de otros modelos posibles. Today’s energy model, then, poses serious problems on whose Afortunadamente, el modelo energético que ya podemos urgent solution future progress depends. vislumbrar, que ha empezado a sustituir ya mismo al modelo Consequently, if we want a better future world, with more actual, tiene todos estos requisitos. Es, como han sido los ante- wealth for all and an environment that has not been irreversibly riores, un modelo basado en el cambio tecnológico, pero ya no damaged, we must change today’s energy model. se apoya en los combustibles fósiles. Los pilares en que se basa el modelo energético futuro son 3. The New Energy Model tres: las energías renovables, el almacenamiento de energía eléctrica y el automóvil. What we demand of a new energy model able to prompt what Las energías renovables (eólica, solar e hidráulica princi- we might regard a Third Revolution for its impact on people’s palmente) se encargarán de producir ingentes cantidades de quality of life is no small order: energía de manera limpia y económica, en casi cualquier región ––clean energy with a drastic decline in the emissions that are del globo. De hecho, ya producen una cantidad significativa changing our planet de la energía eléctrica que se produce en la actualidad, y ya ––an abundance of energy in keeping with growing demand son la fuente de producción de energía más barata; pero, sin in developing countries el avance en el almacenamiento de energía las energías renova- ––cheap energy whose use is not a drain users’ resources bles, no pueden sustituir a las fuentes convencionales, porque el consumo energético no depende del viento y del sol, pero la ––energy that can be generated anywhere in the world so that producción renovable sí. the control of the regions where it is sourced does not induce conflict. El almacenamiento energético en baterías/pilas y el hidráulico, –mediante bombeo– serán la llave para poder prescindir de las I placed the environmental issue first. The developed world may fuentes convencionales y aumentar la producción renovable. be willing to pay more for cleaner energy, but it is unreasonable El problema del almacenamiento es su elevado coste, pero to expect the most costly energy model to prevail worldwide. afortunadamente esto está cambiando rapidísimamente, en Fortunately, the energy model that is now coming into view gran medida “por culpa” del automóvil and which has already begun to replace what we have, meets

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La industria del automóvil ha apostado por los vehículos all the aforementioned requirements. Like its predecessors, it is eléctricos, que van a ir sustituyendo progresivamente a los based on technological change, but not on fossil fuels. vehículos de combustión. El automóvil eléctrico va a tener The future energy model rests on three pillars: renewable tres grandes efectos en el modelo energético. En primer lugar, energies, electric power storage and the automobile. hará que se incremente de manera significativa la demanda de energía eléctrica y se reduzca de manera muy relevante la Renewable energies (primarily wind, solar and hydro) will demanda de gasolinas y gasóleos. Además, es un consumidor produce vast amounts of clean and inexpensive energy nearly de energía idóneo porque lleva incorporado su propio sistema anywhere on earth. They are in fact generating a significant de almacenamiento y eso permite que pueda consumir cuando share of the electric power presently produced and are now the hay excedente de energía eléctrica (típicamente por la noche) least expensive source of energy. Nonetheless, their ability to en vez de cuando necesita la energía. En segundo lugar, las replace conventional sources hinges on progress in renewable baterías de los coches son un sistema de almacenamiento que energy storage, for energy consumption does not depend on pasará a formar parte del sistema eléctrico, de modo que el the wind or the sun, whereas production does. “depósito” de los coches será al mismo tiempo una parte del Energy storage in batteries and pumping in hydroelectric sistema de almacenamiento eléctrico general. En tercer lugar, facilities will be the key to dispensing with conventional sources el automóvil es quien está provocando los avances radicales en and raising renewable production. tecnologías de almacenamiento en baterías y pilas, y va a seguir siendo el motor que haga que estas tecnologías bajen su coste The problem with storage is its high cost, although that is de forma rapidísima, aumentando las posibilidades de almace- fortunately changing fast, a development for which the auto- namiento eléctrico económico. mobile is largely to ‘blame’. Revisemos ahora cada uno de estos pilares. The automobile industry has taken a stand in favour of electric vehicles, which will steadily replace cars with combustion 3.1 Las energías renovables engines. Electric cars will affect the energy model in three Hace sólo diez años, un aerogenerador tipo de los que se main ways. Firstly, they will raise the demand for electric power colocaban en España tenía 850 kW de potencia, una torre de significantly, concomitantly lowering the demand for gasoline 55 m de altura y un rotor de 52 a 58 m de diámetro y tenía un and gas oil. They are, moreover, an ideal energy consumer coste de 800 000 euros (incluyendo el aparato, su instalación because they have a built-in energy storage system, allowing completa y la obra civil y eléctrica para verter a red la energía). them to consume during times of surplus generation (typically Hoy, los aerogeneradores que se instalan en tierra (on-shore) at night), instead of when they use the energy. Secondly, auto- oscilan entre 2 000 y 3 300 kW de potencia, con torres de entre mobile batteries will form part of the electricity system as 90 y 120 m de altura y con un diámetro de rotor de entre 110 storage elements, whereby their ‘petrol tanks’ will constitute y 132 m. Su producción es entre cuatro y seis veces la de los an energy bank for the system as a whole. Thirdly, automobiles generadores anteriores, y su coste está entre 2,1 y 3,5 millones are driving radical progress in battery storage technologies de euros. and will continue to help lower costs, thereby enhancing the potential of inexpensive power storage. Un equivalente actual a los generadores anteriores puede ser el aerogenerador G114 2 MW de Gamesa. Con una torre de A review of each of these pillars follows.

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93 m y un diámetro de rotor de 114 m, y con una potencia de 3.1 Renewable energies 2100 kW, genera cuatro veces más energía que el anterior G52 A mere 10 years ago, a standard wind turbine such as installed de 850 kW de la misma marca. El coste por MW del mismo es in Spain had a capacity of 850 kW, a tower 55 m tall and a similar y el resultado es que la energía generada por un parque rotor 52-58 m in diameter. Such a turbine cost 800 000 euros eólico hecho con la G114 tiene un coste de unos 37 €/MWh, (including the device itself, the respective civil and electrical que es poco más de la mitad de lo que cuesta en un parque works and turnkey installation for delivery of power to the 1 hecho con la G52 . grid). No es fácil conocer los costes reales de las diferentes fuentes Today, onshore wind turbines have installed capacities ranging de energía, pero sin duda estos costes ya son sensiblemente from 2 000 to 3 300 kW, 90-120-m towers and rotor diameters más bajos que los de la energía producida con combustibles of 110-132 m. They generate from four to six times as much fósiles o con energía nuclear. Además, estos costes van a seguir energy as their forebears, at an installation cost of 1.2 to 3.5 bajando a un ritmo de más de un 5% anual durante todavía million euros. bastantes años. Este dato es muy importante: no solo son ya las energías más baratas, van a ir siendo cada vez más baratas The Gamesa G114 2-MW wind turbine would be today’s de manera continuada. equivalent to earlier generators. With a 93-m tower, a 114 m diameter rotor and a capacity of 2 100 kW, it generates four La energía solar tiene un coste superior, pero la curva de bajada times more energy than the same manufacturer’s prior 850-kW de coste es más pronunciada, y en países con recurso solar G52 machine. Whilst the cost per MW installed is similar, the potente está ya cerca del coste de la energía eólica y en camino energy generated by a wind farm comprising G114 turbines de superarla en competitividad. costs around €37/MWh, a little over half of what it costs in Hay que destacar que la optimización en la energía eólica no G52-based wind farms1. viene tanto de hacer que las máquinas sean más baratas cuanto Although the real costs of the various sources of energy are de que produzcan mucha más energía sin encarecer su coste not readily available, the above price tag is considerably lower en la misma proporción. La consecuencia de esto es que pocos than for power generated with fossil fuels or nuclear energy. aerogeneradores producen mucha energía. De forma que para Moreover, the cost will continue to drop at a rate of over 5 % hacer crecer la producción de energía eólica al doble de la actual yearly for a long time. That fact is important: these are not only incluso en los países con mayor número de aerogeneradores already the least expensive energies, but their cost will continue instalados no hay que instalar el doble de aerogeneradores de to decline. los que hay. Utilizando generadores modernos en los emplazamientos en los que hace más de veinte años se instalaron Solar energy costs are higher, but the downward slope is las primeras máquinas (lo que se conoce como repowering), se steeper. In countries with a powerful solar resource this type puede multiplicar la cantidad de energía eólica producida redu- of energy is now nearly as competitive as wind and on track to ciendo el número de turbinas y el impacto visual de las mismas. becoming more so.

1 Cálculo de coste de energía en base a un parque tipo de 7.5 m/s de viento, 1 Energy cost calculated from the power curve published by Gamesa for its con inversión de 1.2 MM€/MW, pérdidas en parque del 12.7%, gastos de 2.0-MW G114 Maxpower machine, assuming a typical farm with wind speeds operación y mantenimiento de 31 k€/MW/año, con la curva de potencia of 7.5 m/s, an upfront investment of €1.2 M/MW, losses on the order of 12.7 publicada por Gamesa para su modelo G114 2.0 MW maxpower. % and operation and maintenance costs of €31 000/MW/year

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Además hay otro efecto del que más adelante calibraremos Wind energy cost can be optimised not by designing turbines su importancia: los nuevos aerogeneradores necesitan mucho that produce a given output more cheaply, but by designing menos viento para producir energía. En el ejemplo anterior, turbines with a much higher output at only a moderately higher con un viento de 5 m/s un aerogenerador G52 con torre de cost. Consequently, most modern turbines do not produce 55 m produce 0,065 MW de potencia. En esas mismas condi- large amounts of energy. Hence, to raise wind power output ciones de viento, un aerogenerador G114 produce aproxima- to twice the amount presently generated, even in countries damente 0,5 MW, es decir, casi ocho veces más. Este multipli- with large numbers of turbines in operation, there is no need cador va bajando según sube el viento: con 9 m/s, el ratio es de to double that number. By installing modern generators at casi cinco veces más, con 13 m/s y superior, el ratio es de 2,5 the sites where the first machines were built 20 years ago (a veces más. Esto quiere decir que los períodos del año en que se procedure known as ‘repowering’), the amount of wind energy extrae energía eólica aumentarán, porque las máquinas actuales produced can be multiplied with a smaller number of turbines extraen una cantidad significativa de energía con vientos que and hence a smaller visual impact. hace diez años generaban una cantidad despreciable de energía. Another effect whose importance is discussed in detail below is Otro aspecto interesante de la energía eólica (y de la solar) es that new wind turbines need much less wind to generate power. el plazo de instalación. Desde que se lanza la construcción de In the above example, at a wind speed of 5 m/s, a G52, 55-m un parque eólico hasta que este comienza a producir energía rotor tower generates 0.065 MW. Under those same conditions, no pasa más de doce o quince meses (esto sin contar la fase a G114 generates approximately 0.5 MW or nearly eight times de obtención de permisos o medición de viento, que puede more. This proportion declines with rising wind speed: at 9 m/s durar un par de años). Ni las plantas de gas, ni mucho menos the ratio is 5 to 1, and at 13 m/s and higher, 2.5 to 1. This las plantas nucleares, tienen un período tan corto desde que se means that wind energy can be harnessed over longer periods decide invertir hasta que se empieza a generar energía. during the year, for modern machines draw a significant amount Una política de apuesta por este modelo energético, por tanto, of energy from the wind at speeds at which only negligible no necesita tantos años (décadas en el caso de la nuclear) para amounts of power could be generated 10 years ago. ponerse en funcionamiento, con lo que ello implica en cuanto Another advantage of wind (and solar) energy is installation a financiación o directamente en cuanto a empezar a disfrutar time. No more than 12 to 15 months elapse between ground- de esos menores costes de energía y esas menores emisiones breaking for a wind farm and the date it begins to produce contaminantes. energy (excluding the time to obtain permits or take wind En el caso de la energía nuclear, además del plazo que trans- measurements, which may run to a couple of years). Not even curre desde que se empieza a invertir hasta que se tiene energía, gas, and certainly not nuclear plants, have such a short turn- está el problema posterior del tratamiento de residuos y los around between the adoption of the investment decision and costes de desmantelamiento, lo que supone inversión adicional facility commissioning. que durará muchos años, una vez que la instalación deja de A policy in support of this energy model would not, then, producir. Al igual que las emisiones producidas por las plantas take as many years (decades in the case of nuclear power) to basadas en combustibles fósiles, no es mejor legado para dejar bear fruit, with all that entails in terms of financing or the a quienes vienen detrás. time lapsing before all the stakeholders can benefit from lower energy costs and lower emissions.

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3.2 El almacenamiento Energético In addition to its long lead time, nuclear power is dogged by El consumo eléctrico no es constante. De día se consume más the need to process spent fuel, which calls for an extra invest- que de noche, y durante el día hay horas punta de consumo. Los ment over many years after the facility is decommissioned. días de más calor de verano o los días más fríos del invierno se Like the emissions from fossil fuel plants, this is not the best consume más que en primavera y otoño. of legacies to bequeath to the generations to come. La producción eléctrica debe adecuarse en todo momento a ese consumo. Algunas fuentes de energía permiten regular y 3.2 Energy Storage adecuar la producción al consumo, y otras no lo permiten: Energy consumption is not invariable. Less is consumed at ––La energía nuclear no se puede parar, salvo largas paradas night than by day and daytime demand is characterised by peaks programadas con mucha antelación. Es una fuente de and valleys. Consumption is greater on very warm summer and energía eléctrica de base, produce de forma más o menos very cold winter days than in spring or fall. constante, continuamente. Electricity output must adapt to consumption at all times. ––Las plantas de generación con combustibles fósiles sí Some sources of energy accommodate regulation to adjust tienen la capacidad de regular, y de hecho son las que prin- output to consumption, while others do not. cipalmente se emplean a día de hoy para adecuar la produc- ción eléctrica a la demanda: cuando hace falta más energía ––Nuclear plants cannot be shut down except during long la aportan y cuando no hace falta simplemente se paran. outages scheduled far in advance. This is a ‘base’ source of Esto no es gratis, porque mantener las plantas operativas electric power with a more or less constant and continuous para no estar funcionando a pleno rendimiento tiene un output. coste que hay que pagar. ––Fossil fuel plants can be regulated and are in fact the ones ––La gran hidráulica sí tiene la posibilidad de regularse dentro used today to adjust power supply to demand: when more del día o de la semana, para adecuarse a la demanda: puedes power is needed they furnish it and when it is not, they turbinar de día y no turbinar de noche. Tiene, claro está, are simply idled. That is not cost-free, for keeping plants la limitación propia de que la hidroeléctrica que puedes operational but not at peak performance levels bears a cost generar la determina la cantidad de lluvia anual, y puedes that must be paid. regular cuándo produces dentro del límite que te marca la capacidad del embalse y otras consideraciones relacionadas ––Large hydro plants can be regulated during the day or the con las variaciones de caudal que puedes tener en el río. week to adjust to demand, turbining by day but not at night, ––Las energías renovables eólica y solar no tienen capacidad for instance. They are subject, of course, to the amount of de regulación, producen cuando hay viento y sol respec- rainfall, which determines the power that can be generated. tivamente. La solar produce de día y no de noche, lo cual Regulation is also contingent upon the constraints inherent se adapta parcialmente a los patrones de consumo, pero in reservoir capacity and other considerations related to sólo parcialmente, porque a primera hora de la mañana variations in river flows. no produce casi, y hay demanda importante. Y también ––Wind and solar renewables cannot be regulated: they permite una predictibilidad superior, todos los días va a produce only in the presence of wind or sunlight, haber producción solar. La eólica es aún más errante, se respectively. Solar energy generates power by day but not

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combinan días y noches de mucho viento con períodos en by night, a scheme that is only partially in keeping with los que no hay nada de viento. consumption patterns, because output is very small early in the morning, when demand is high. As solar energy is Si nos planteamos un modelo energético en que la generación produced every day, it is more predictable than wind, which eléctrica con gas y carbón desaparecen o al menos se reducen is more ‘erratic’, with very windy days and nights alternating drásticamente, y la eólica y la fotovoltaica sustituyen dicha with completely windless periods. producción, perdemos una parte importante de la capacidad de adaptación a la demanda. Sigue quedando una capacidad Further to the foregoing, if we pursue an energy model in de adaptación importante en la energía hidroeléctrica en los which gas- and coal-fired electric power generation disap- embalses, pero esa capacidad de adaptación no sería suficiente. pears or at least ebbs drastically in favour of wind and photo- Para que un modelo energético basado principalmente en voltaic energy, we would largely forfeit the capacity to adapt to energías renovables se pueda implantar, es necesario contar demand. The adaptability inherent in hydro power could still con medios de almacenar cantidades muy relevantes de energía be deployed, but it would not suffice. eléctrica, que sean además bastante económicas, de forma que la suma del coste de producción de la energía eléctrica más el For an energy model based primarily on renewables to be coste de almacenar una parte de esa energía sean competitivos. feasible, it would have to envisage an affordable means to store significant amounts of electricity to ensure that the cost of Es importante señalar aquí que, de la misma manera que alma- generation plus storage would still be competitive. cenar la energía eléctrica supondrá un coste adicional sobre los costes puros de producción, el modelo actual también genera Be it said in this vein that just as electric power storage would un extracoste importante: el coste de mantener paradas las entail costs above and beyond pure production, the present plantas de producción eléctrica con combustibles fósiles. O model also entails a substantial extra cost: the cost of main- sea, además de pagar la energía que esas plantas producen, hay taining fossil fuel facilities idle. In other words, in addition to que pagar el hecho de que la planta esté parada en los períodos the cost of power generation per se, keeping these plants in en que no hace falta la energía, pero disponible para producir stand-by mode to produce energy as needed also carries costs. esa energía en el momento en que es necesario. En España en In Spain, the bill for capacity regulation amounted to over 2014 los costes relacionados con la regulación de la capacidad 900 million euros in 2014 (National Markets and Competitive han sido de más de novecientos millones de euros*(informe de Affairs Commission report on electricity industry facts and la CNMC sobre liquidación del sector eléctrico 4/2014). figures, 4/2014). Formas de almacenamiento de energía Approaches to energy storage Para almacenar la energía eléctrica que producen las demás fuentes energéticas limpias y baratas, hay dos posibilidades de The electric power generated by other clean and cheap sources almacenamiento energético principales: el bombeo de agua of energy is stored in one of two ways: pumping water to para después producir energía hidroeléctrica, y las baterías y subsequently produce hydro power, and storing energy in otros dispositivos similares. batteries and similar devices. En ambos casos, el almacenamiento supone un extracoste: no In both cases, storage entails extra cost: no energy is generated se genera energía (en el caso del bombeo, de hecho, se pierde (pumping in fact consumes energy), while providing for

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energía) y generar la capacidad de almacenamiento supone un storage capacity is very costly. The key is to determine whether coste muy considerable. La clave es si se trata de un extracoste the extra cost is affordable or prohibitive. pequeño o de uno prohibitivo. As noted earlier, one of the inherent features of hydro power Como se ha comentado anteriormente, la energía hidroeléc- is its storability. Reservoirs collect rainwater that can be used trica es una fuente renovable que lleva incorporado el almace- to move turbines and produce electricity as needed. The total namiento en su origen. Los embalses recogen el agua cuando storage capacity of Spain’s reservoirs amounts to 7 % of yearly llueve, y podemos lanzar esa agua a las turbinas para producir electric power consumption, while the respective plants can energía cuando lo necesitamos. La capacidad de almacena- meet up to 25 % of the demand at any given time. Hence miento total de nuestros embalses equivale al 7% del consumo the cardinal importance of knowing when to use the rainwater eléctrico anual, y la potencia de generación que tienen es sufi- stored in reservoirs to adjust electricity generation to demand. ciente para producir el 25% de la energía que se necesite en Since Spain still has substantial potential for hydro power un momento determinado. Luego la capacidad de ajustar la growth, it could expand its storage as well as its regulation producción de energía eléctrica a la demanda seleccionando capacity by building more reservoirs and hydro power plants. en qué momento utilizas el agua recogida de la lluvia es muy Pumped storage consists in raising water to a dam or deposit importante en un país como el nuestro. En nuestro país, el for subsequent use in turbines at a lower level. This procedure potencial de crecimiento de la hidroeléctrica es aún muy yields a reasonably high output (turbining recovers around grande, por lo que desde esta perspectiva podemos ampliar 70 % of the energy initially used to raise the water) with a fairly la capacidad de almacenamiento y regulación de producción low investment compared to the storage capacity obtained, y demanda incrementando el número de embalses y la genera- particularly for dams built at the lower end of an existing ción hidroeléctrica. reservoir to store water for pumping during surplus energy El almacenamiento por bombeo se consigue subiendo agua periods (on windy nights for instance). a una presa o depósito para luego turbinarla. Es una posibi- The potential for pumped storage is high in countries such lidad con un rendimiento bastante alto (alrededor del 70% as Spain, which combines a suitable lay of the land with an de la energía que se ha usado para subir el agua se consigue abundance of hydro resources and an extensive reservoir después al turbinarla) y con un nivel de inversión relativamente system. It may also be a solution for islands, where even salt bajo comparado con la capacidad de almacenamiento que se water could be used for this purpose. consigue. Más aún si se realiza sobre una presa ya existente a base de hacer en su parte inferior una represa que permita Up to now, large pumping operations entailed unnecessarily almacenar el agua que querremos bombear en los momentos raising the cost of energy because renewable sources were en que haya energía excedentaria (por ejemplo, durante la not less expensive than gas-fired steam plants. Since produc- noche en los días de viento). tion could be adjusted to demand in the latter, they, along with hydro plants, served that purpose. Now, with modern El almacenamiento por bombeo tiene un gran potencial en wind facilities generating electricity at a much lower cost than países como España, con abundantes recursos hidráulicos y other types of energy, using pumped storage to cover wind una red de embalses amplia y una orografía que puede propi- energy shortages makes good economic sense and the combi- ciarlo. Y puede ser una solución para casos insulares, utilizando nation can compete with steam plants. Spain has 2 514 MW incluso agua salada.

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Hasta ahora, plantear grandes bombeos suponía encarecer of pumping capacity, i.e., less than 3 % of the total installed unos costes de energía que no era necesario encarecer, porque capacity and just over 1 % of the power generated (data from las fuentes renovables no eran más baratas que las plantas the system operator, REE, 2014). In other words, hydro power térmicas de gas, y éstas pueden regular su producción y ajus- regulation capacity must be raised significantly if an inexpen- tarla a la demanda, de modo que la adecuación oferta-demanda sive energy system able to drastically reduce emissions is to be la hacen estas plantas y la hidráulica. Ahora, con el coste de instituted. las plantas eólicas modernas bien por debajo de los costes de otros tipos de energía, la combinación de eólica con bombeo Batteries en los momentos de déficit tiene sentido económico y compite Batteries are in the midst of a technological revolution: their con los costes de las plantas térmicas. En España tenemos cost and storage capacity per kilogramme are undergoing 2 514 MW de capacidad de generación por bombeo, lo que spectacular improvement. That improvement is down both supone menos de un 3% de la potencia total instalada, y algo to industrial developments resulting from mass produc- más de un 1% de la electricidad producida (datos REE 2014). tion and to more disruptive technological developments in Esta cifra debería incrementarse de manera muy relevante para the offing: graphene batteries or BASF’s promise of nickel complementar a la capacidad de regulación de la hidroeléctrica hydride batteries that in the medium term will have four times si queremos conseguir un sistema energético económico y con the power and twice the service life of today’s best products, una drástica reducción de sus emisiones. while weighing and costing the same. Storage systems other Las baterías than batteries, such as compressed air and electrolysis, are also Las baterías viven un momento de revolución tecnológica: su under development. coste y su capacidad de almacenamiento por kilo de batería Are we, then, going to see huge investment in battery-based están viviendo ya un nivel de mejora espectacular. Esa mejora energy storage plants to cover periods when renewable output viene dada en primer lugar por las mejoras industriales que is low? They will not in all likelihood be necessary, for two resultan de una fabricación en masa, y por otro lado están las reasons. mejoras tecnológicas más disruptivas que ya se están anun- ciando: las baterías de grafeno, o los avances de BASF con las ––Firstly, a new energy model has already made its appearance, baterías de hidruro níquel, que prometen en el medio plazo in which electricity companies encourage end users to baterías con cuatro veces la potencia y dos veces la vida útil de invest in batteries in exchange for lower electricity bills. las mejores baterías de hoy, con su mismo coste y peso. Y hay With such batteries, consumers themselves flatten their otros sistemas de almacenamiento en desarrollo diferentes a demand curves (consuming at night to charge the battery las baterías, como el aire comprimido o la electrólisis. and using the energy stored in the battery to consume less Por tanto, ¿vamos a ver grandes inversiones en plantas de alma- during the day). The expected outcome is the installation cenamiento energético basadas en baterías, para los períodos of many mini-storage facilities rather than massive storage de baja producción renovable? Muy probablemente no va a ser systems. Just weeks ago one of Spain’s electricity majors necesario, por dos razones: launched a product to encourage end clients to install a small photovoltaic facility with batteries in their homes ––En primer lugar, porque ya estamos viendo un nuevo or businesses. At the same time Tesla, which began to modelo energético en que las propias compañías eléctricas

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animan a los usuarios finales a invertir ellos en baterías a promote a domestic battery as its main line of business, cambio de ventajas en el precio de la electricidad. Con esas sold its entire output through 2016 in a matter of weeks. baterías, los propios consumidores “aplanan” sus curvas de ––Secondly, the aforementioned huge improvements in demanda (consumen por la noche cargando la batería, y así battery efficiency are going to change transport, beginning durante el día consumen menos porque utilizan la energía with the automobile, drastically. almacenada por la noche) y lo que resulta es muchos mini- almacenamientos en vez de grandes sistemas de almace- 3.3 Automobiles and transport namiento. Hemos visto hace pocas semanas que una de Transport accounts for 30 % of power consumption in las principales compañías eléctricas lanza un producto al developed countries. More energy is consumed by the transport mercado por el que anima al cliente final a montar en su than the manufacturing industry or by households. casa o negocio una pequeña instalación fotovoltaica con The vast majority of that consumption is based on fossil fuels, un sistema de baterías, y hemos visto hace unos meses que generating 25 % of the greenhouse gases2 that are wreaking Tesla ha anunciado la batería doméstica como su principal such planet-wide havoc. línea de negocio, habiendo vendido toda su capacidad de producción hasta 2016 en pocas semanas. To date, with a few exceptions, fossil fuel was the only source ––En segundo lugar las mencionadas grandes mejoras en la of energy that could be used in transport because the electrical eficiencia de las baterías van a cambiar por completo el alternative ran up against the storage problem: the batteries mundo del transporte, comenzando por el automóvil. needed to afford an automobile an autonomy of 300 km, for instance, were prohibitively expensive, costing more than all 3.3 El automóvil y el transporte the other parts of the vehicle combined. They were also much El transporte supone el 30% del consumo energético en los too heavy, they delivered reliable performance for no more países desarrollados. Hay más consumo energético por el than 3 or 4 years and they took hours to recharge, even in the transporte que por el sector industrial o los hogares. best of scenarios. Se trata en su inmensa mayoría de un consumo basado en Today, things have changed substantially: electrical cars combustibles fósiles, y genera el 25% de las emisiones de are as good or better than conventional vehicles and are gases de efecto invernadero2 que están dañando el planeta only marginally more expensive. Capturing braking energy, irreversiblemente. managing battery performance and similar approaches are now fairly well developed. They are still unable to compete in cost Hasta hoy, la energía utilizada por el transporte (con pocas with traditional vehicles, however, because today’s batteries excepciones) sólo podía ser fósil, porque la alternativa eléctrica continue to be very expensive, with limited autonomy and se topaba con el problema del almacenamiento: las baterías long recharging times. They are ideal for intra-city use or short necesarias para dotar a un automóvil de, por ejemplo, 300 km intercity commutes, but not many people can afford to buy a de autonomía eran prohibitivas, costaban más que todo el resto more expensive car that cannot be used for long-range travel, del automóvil, su peso era excesivo, duraban no más de tres o no matter now sporadic. For that reason, the best automobiles cuatro años sin perder rendimiento y los tiempos de carga eran presently marketed are plug-in, compact hybrids fitted both de varias horas en el mejor de los casos.

2 Datos US (EPA) y España (MAGRAMA) 2 Data for US (EPA) and Spain (MAGRAMA)

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Ahora, las cosas ya han cambiado sustancialmente: los vehículos with a grid-chargeable battery and a conventional combustion eléctricos son tan buenos o mejores que los convencionales, y engine. They can run for 50 km on the battery alone, while su coste es sólo una fracción superior. Los sistemas de apro- thanks to their combustion engine they are comparable to vechamiento de energía en la frenada, de gestión de baterías, conventional vehicles in terms of utility. This cutting edge tech- etc están ya bastante afinados. Aún no compiten de igual a nology is featured by all makes of cars and market segments, igual con los automóviles tradicionales porque las baterías de with the exception of the least expensive models. Significantly, hoy siguen siendo muy caras, dan una autonomía limitada y su even the flashiest sports cars come with this technology. tiempo de recarga es elevado. Sirven perfectamente para un This means that cars are switching over to electricity. And that uso urbano o interurbano corto, pero es complicado comprar change is going to speed up with the cost and battery perform- un coche que es más caro y no cubre las necesidades (esporá- ance trends already on the horizon. When in a few years’ time dicas) para hacer viajes largos. Por eso, los mejores automó- electric cars have batteries that can run for 300 km, cost about viles que se están lanzando son híbridos enchufables: tiene the same as the ones that today can run for 50, and recharge in baterías que se cargan en la red, pero no muy grandes, y tienen 10-15 minutes in a suitable recharging station, all cars will be un motor de explosión convencional. Permiten con ello unos electric. Such automobiles will be better, cheaper, much quieter 50 km en modo completamente eléctrico, pero conservan el and cleaner and per kilometre, their fuel will cost around one- motor de explosión para permitir una utilidad semejante a la de third or one-fourth of the cost of running today’s vehicles. los automóviles convencionales. Esta tecnología está presente Furthermore, they will be no more limited than the automobiles como tecnología más puntera en todas las marcas y segmentos on the road today. If they can run for 300 km without stopping de automóviles, salvo en los de más bajo presupuesto. Es signi- and need only a quarter of an hour to recharge, in practice they ficativo que incluso el segmento de los superdeportivos esté will be as convenient as conventional vehicles for long voyages, copado por vehículos con esta tecnología. if not more so: as recharging points will be much cheaper to Lo que esto significa es que el automóvil ya está cambiando install and maintain there will be many more of them than a eléctrico. Y el cambio se va a acelerar geométricamente con petrol stations today. la evolución que se anuncia del coste y rendimiento de las Consequently, with battery evolution/revolution, the change- baterías: cuando en unos años una batería tenga en un coche over to electrical vehicles will be widespread, but not for eléctrico la energía para hacer 300 km, con un coste similar a conservationist reasons (although also for that reason, in las baterías que hoy hacen 50 km y tenga un tiempo de recarga light of the recent emissions scandal around diesel engines), de 10-15 minutos en una estación de recarga apropiada, los but rather for reasons of economy and practicality. And these automóviles van a pasar a ser eléctricos, porque serán mejores vehicles will be cleaner and better, as well as less expensive. y más baratos de comprar, serán más silenciosos y limpios y This change will be instrumental for the energy model for two su coste de combustible por kilómetro será de una tercera o reasons. cuarta parte del actual. Y no habrá ninguna limitación de uso Firstly, the change in and of itself entails a substantial reduction comparada con los vehículos actuales: si hacen 300 km sin in fossil fuel use and a rise in the use of electricity. Practically parar y la recarga supone un cuarto de hora, su funcionalidad all the energy consumed in transport is fossil fuel-based, and en viajes largos es en la práctica similar a la del vehículo actual. the energy consumed by that sector accounts for 30 % of the Incluso superior, porque habrá más puntos de recarga que total. Moreover, in Spain one-fourth of pollutant emissions

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actualmente gasolineras, por ser un punto de recarga mucho is attributable to transport, close to 100 % of which to road más económico de instalar y mantener. transport. To use a very rough estimate, if one-third of the Por tanto, con la evolución/revolución en el campo de las passenger car park in Spain were electric, electricity demand baterías, el cambio a vehículo eléctrico va a ser masivo, y la would rise by 10 % and greenhouse gas emissions would razón no va a ser la ecología (que también, y más si hay sucesos decline by 15 %. como el escándalo de las emisiones de los vehículos diésel que Secondly, when electric vehicles are not on the road, they are hemos visto hace unas semanas) , va a ser la economía y la prac- connected to the grid and their batteries can be used to adjust ticidad. Además de más limpios, serán mejores y más baratos. supply and demand. If there were a significant proportion of Este cambio va a ser fundamental para el modelo energético electrical vehicles, the capacity to adapt demand to output/ por dos razones: storage would rise substantially at no extra cost: the batteries En primer lugar, porque el cambio en sí implica una gran reduc- would have been purchased by users not to store energy but ción en el uso de combustibles fósiles y un gran incremento en because electrical cars are a better option than the conventional el uso de electricidad. Prácticamente la totalidad del consumo sort. Smart electricity meters, another technology already in energético del transporte son combustibles fósiles, y hay que place, will encourage users to recharge their batteries at night tener en cuenta que el consumo energético en transporte when most surplus power is generated. es el 30% del consumo energético total. Desde el lado de las In addition, the grid could use the energy in batteries when emisiones, una cuarta parte de las emisiones contaminantes al vehicles are not being used. While automobiles are not in use planeta en España son responsabilidad del transporte, siendo they are connected to the grid. If the grid should need power, it prácticamente la totalidad de las emisiones responsabilidad del could take up part of the energy stored in their batteries. That transporte por carretera. De manera muy aproximada, si un would not be to the detriment of users. On the contrary, in tercio del parque de automóviles (turismos) en España fuera exchange for allowing the grid manager to establish when their eléctrico, se necesitaría por un lado un incremento de produc- car batteries should be recharged (subject to some limits), their ción eléctrica de más de un 10%, y se reducirían las emisiones de electricity would be delivered at a lower rate. And if consumers gases de efecto invernadero totales también en cerca de un 15%. allow the grid to use a certain percentage of the energy stored in their vehicle battery as a source of power, they would be En segundo lugar, porque los vehículos eléctricos, cuando no reimbursed for the amount used at a higher rate than initially viajan, están conectados a la red, y se pueden usar sus baterías charged. Since the grid could not take up more than a certain para el ajuste de oferta y demanda. Si hay una cantidad rele- percentage of the power stored, owners would be ensured the vante de vehículos eléctricos, las posibilidades de adecuación use of their vehicles with an autonomy of 200 km to meet de demanda y producción/almacenamiento aumentan de unexpected needs, and be able to recharge them in 15 minutes forma muy significativa, sin ningún coste (las baterías han if necessary. sido pagadas por los usuarios no para almacenar energía, sino porque la mejor alternativa para resolver su movilidad es el coche eléctrico frente al coche convencional). Un sistema de 3.4 How much storage is needed? red eléctrica inteligente, que es también una tecnología que ya Automobile batteries will raise electricity consumption sub- existe, permitirá que las cargas de los vehículos se realicen por stantially, simplifying the adjustment between power supply la noche que es cuando más excedente se genera. and demand during the day. Nonetheless, the energy reserves

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Pero además, aparece la oportunidad de que la red utilice las required in periods of very low wind in a model in which wind baterías de los vehículos que no están en uso. Mientras el auto- power accounts for over half of the electricity consumed móvil no se utiliza permanece conectado a la red, y si la red yearly cannot be furnished by batteries alone. necesita energía, puede disponer de una parte de la energía almacenada en el vehículo. Esto no perjudica al usuario del The storage needed, which will vary from country to country, vehículo eléctrico, sino todo lo contrario: a cambio de que el will entail pumped storage and/or the maintenance of some período de recarga (dentro de un límite) lo defina la gestora de combined cycle back-up facilities with a very small output, la red eléctrica accede a una tarifa eléctrica más económica. Y si which would be kept in stand-by mode for sporadic use during accede a que la red disponga de un porcentaje de su batería del the year in the near absence of wind for several days in a row. vehículo como fuente de energía para la red, la red le abona esa They could be shut down for most of the year, for hydro, energía más caro de lo que luego paga el usuario por llenarla. pumping and battery storage capacity would suffice to cover Y como la red no puede coger más que un porcentaje de la needs for several days before they would have to be started up. energía, el vehículo siempre está disponible si se ha de usar de That in turn would lower the cost of keeping them idle. modo imprevisto, con 200 km de autonomía y con la posibilidad de parar a recargarlo en quince minutos tras haber recorrido esos 200 km. 4. Conclusions The present cost of renewables makes them the most 3.4 ¿Cuánto almacenamiento hace falta? competitive of all possible sources of energy. This is presently true for wind and will soon be applicable as well to photo- Las baterías del automóvil van a suponer un incremento voltaic energy, for which costs are falling at an even faster pace sustancial del consumo eléctrico, y van a permitir una regula- than for wind. ción sencilla del ajuste entre oferta y demanda eléctrica diario, pero las reservas de energía para períodos de muy bajo viento, Moreover, this price gap will continue to widen because the en un modelo en el que la eólica se encarga de producir más de downward trend in costs is steeper than for conventional fuels. la mitad de la energía eléctrica que se consume al año, no van a That competitive edge could be used to cover the cost of resolverse sólo con baterías. raising electrical storage capacity by pumping or enlarging La cantidad de almacenamiento necesaria será diferente en hydro power facilities, or even remunerating battery-based cada país requerirá del bombeo y/o de mantener alguna capa- distributed storage. The technology required is already in place cidad de planta de ciclo combinado en régimen de respaldo, in today’s smart grids, while the ever lower cost of batteries con una producción eléctrica muy pequeña, porque se reser- and the widespread use of electric vehicles will mean that a vará para períodos del año aislados en los que coincidan días very significant portion of the investment in storage will be seguidos de escaso viento. La mayor parte del año podrán estar voluntarily made by users for economic, rather than conser- paradas, y la capacidad de regulación de hidráulica, bombeo y vationist reasons. baterías permitirá prever con días de antelación la necesidad Summing up, we now have all the elements needed to implement de ponerlas en marcha, lo cual a su vez reducirá los costes de an energy model that just a few years ago was utopian, a model tenerlas en espera. that can be introduced today and fully operational in the

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4. Conclusiones decades to come. Economically speaking, the model will have a substantial impact by: Los costes de las energías renovables ya son los más competitivos de todas las posibles fuentes de energía. Esto es así para la ––lowering energy costs for households and companies, eólica, y en el caso de la fotovoltaica empieza a serlo, porque los leading to more competitive output and greater growth costes bajan a un ritmo superior incluso al de la energía eólica. ––deploying power produced in Spain, compared to the 73 % Esta competitividad además va a seguir aumentando, por la presently imported, an outlay that impacts the country’s mencionada bajada de costes de energía muy superior a la que yearly balance of payments to the tune of €40 Bn3 or 4 % se consigue con otros combustibles. of its GDP Esta ventaja económica permite plantear incrementos en ––ensuring steadier energy prices than possible at present due sistemas de almacenamiento eléctrico por bombeo o por to the dependence on fossil fuels controlled by a mere few aumentar la capacidad de energía hidráulica, y permite plantear ––implementing an industrial programme worth around €50 remuneración para el almacenamiento distribuido por baterías. Bn over 10 years to generate the wind and photovoltaic Las redes inteligentes ya disponibles lo gestionarán, y los cada power that would be required in this new model4, creating vez mejores costes de los sistemas de baterías y la entrada considerable employment and wealth while building del vehículo eléctrico harán que una parte muy relevante de efficient infrastructures that would become operational in la inversión en almacenamiento la hagamos los ciudadanos a matter of months. voluntariamente, por motivos económicos, no ecológicos. En definitiva, ya tenemos los mimbres para que este modelo The model will also drastically reduce polluting emissions. energético, utópico hace unos años, se haga realidad en las ––Emissions owing to electricity generation would be próximas décadas, comenzando desde ahora. Será un modelo lowered to less than one-tenth of today's levels, with fossil que económicamente va a impactar en nuestra economía de fuels accounting for 3 % compared to 36 % of the total. forma muy importante: Broadly speaking, since 25 % of greenhouse gas emissions ––Con costes de energía más bajos para los particulares y can be attributed to electricity generation, lowering fossil empresas, que nos van a llevar a mayor competitividad y fuel-based generation would entail a reduction of over mayor crecimiento. 20 % of all such emissions as a whole5. ––Con energía producida en nuestro país, frente a la situación actual en la que el 73% de la energía que consume España es importada. Y la factura de esa importación, el saldo en 3 According to a Bank of Spain report, 2014 Balanza de Pagos, es de cuarenta mil millones de euros 4 In a scenario in which the sources of electricity generation go from: 3 - 21 % nuclear, 37 % steam and 42 % renewable (hydro + wind) to anuales , un 4% del PIB. - 10 % nuclear, 3 % steam and 87 % renewable ––Con precios de energía mucho más constantes que hoy, al by increasing wind and photovoltaic energy: further to the author’s model no depender de precios de combustibles fósiles sobre los 5 According to the US Environmental Protection Agency (EPA) (2014): ‘Inven- que unos pocos tienen el control. tory of US Greenhouse Gas Emissions, 1990-2012’: in the US in 2012 the share in total emissions amounted to 32 %. Since the United States generates 67 % of its electric power with fossil fuels, the figure for Spain, where only 36 % is so 3 Según informe del Banco de España 2014. sourced, would be closer to 20 %.

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––Con un plan industrial de unos cincuenta mil millones ––Transport accounts for 25 % of total emissions, over de euros en diez años, correspondientes sólo a generar la 90 % of which are attributable to road transport6. There- capacidad de producción eólica y fotovoltaica que se nece- fore, growth in the use of electric vehicles impacts such sitaría en ese cambio de modelo4. Esto supone creación emissions nearly in their entirety. Fast-forwarding 15 years, de empleo y riqueza muy considerable, y todo ello para a scenario in which half of the vehicle park were electric generar infraestructuras eficientes que entran en funciona- would lower total emissions by over 11 %. This reduc- miento en cuestión de meses. tion would not cost money, but would arise as a result of Será también un modelo que reduzca drásticamente las changing to less expensive energy production and mobility emisiones contaminantes: formulas. ––Las emisiones propias de la producción eléctrica se reducirán ––Less expensive electric power will also change manufac- a menos de la décima parte de las actuales, por bajar el uso turing, farming and household consumption patterns, de combustibles fósiles para producir electricidad de un 36% which together account for the other half of total de la electricidad producida a menos de un 3%. A grandes emissions, increasing savings and lowering emissions. rasgos, el 25% de las emisiones de efecto invernadero las 5 Politically speaking, the model poses no domestic problems genera la producción eléctrica , por lo que una reducción de within countries, and may have international benefits, once la generación con combustibles fósiles supondrá una reduc- consolidated. ción del más del 20% sobre el total de emisiones. ––Inside Spain, it would entail no significant change in the ––El transporte genera otro 25% de las emisiones totales, ‘powers that be’ that control energy: most wind facilities y de ello más del 90% lo genera el transporte por carre- belong to large energy corporations and new generation may tera6. El avance del vehículo eléctrico por tanto incide casi not deviate from that profile. Photovoltaic energy, which sobre el total de emisiones del transporte. Un escenario en will probably become the primary source of distributed el que en quince años la mitad de la flota haya pasado a ser generation, has received the explicit backing of one of eléctrica implicará una reducción de las emisiones totales the country’s electricity majors, Iberdrola, which aspires to de más de un 11%. Como la anterior, es una reducción supply and maintain photovoltaic systems for households de emisiones que no cuesta dinero, sino todo lo contrario, and owners of small PV fields. Other companies such as 4 En un escenario en que las fuentes de producción de electricidad pasan de: Endesa are also moving in that direction. All manner of - un 21% nuclear, un 37% térmico y un 42% renovable (hidro+eólica debate and reluctance can indisputably be expected around +fotovoltaica) a the cost of decommissioning all coal facilities, the most - un 10% nuclear, un 3% térmico y un 87% renovable, a base de aumentar la eólica y la fotovoltaica. Según modelo del autor. mature 50 % of nuclear plants or a large proportion of 5 Según US – Environmental Protection Agency (EPA). Inventory of US Green- the combined cycle park, keeping the rest in stand-by house Gas Emmissions 1990 – 2012 de 2014. El dato americano corresponde mode 11 months of the year. Such issues will nonetheless a 2012 y es un porcentaje de participación en las emisiones totales del 32%. prompt less controversy than if they also entailed a change Hay que apuntar que Estados Unidos produce el 67% de su energía con in actors. fuentes fósiles, por lo que el dato que correspondería a España, que sólo produce el 36% con fuentes fósiles, estaría más cerca del 20%. 6 Según informe Perfil ambiental 2012 de España, por el Ministerio de Agricul- 6 According to the Spanish Ministry of Agriculture and Environmental Affairs tura, Alimentación y Medio Ambiente. report Perfil ambiental 2012

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surge como consecuencia de cambiar a formas de producir ––This change in the energy model is applicable to most energía y de desplazarse que son más económicas. developed and developing countries around the world. ––Una energía eléctrica más barata cambiará también los Whereas today petrol underlies many international patrones de consumo de la industria, la agricultura y los conflicts, its power to induce disputes will decline in the particulares, responsables de la otra mitad de las emisiones same proportion as the world’s dependence on oil and gas. totales, lo cual generará más economías y menores emisiones. In a nutshell, this model, already largely in place, will change people’s lives very significantly. We will have a higher standard Desde un punto de vista político, es un modelo que no presenta of living, with more wealth available to ensure universal welfare, problemas desde una perspectiva doméstica, interna a cada along with a perceptible decline in environmental hazards and país, y que puede presentar ventajas una vez asentado desde el in the inequalities derived from the restricted access to energy. punto de vista internacional: A world in which the model now in sight is fully operational ––Dentro de España, porque no cambian significativamente will unquestionably be a better place than would be possible los poderes fácticos que controlan la energía: la mayor parte with the present model, which has already begun its demise. de la eólica es de las grandes utilities, y la nueva generación posiblemente no se apartará de ese perfil. En el lado de la fotovoltaica, que probablemente va a ser una energía más What can each of us do to hasten the process? distribuída, acabamos de asistir al movimiento por parte Energy policy is defined by governments, and we elect our de Iberdrola en el que apuesta por ser el suministrador de rulers. sistemas fotovoltaicos y de su mantenimiento a los particu- Given our awareness that that we can implement a model for lares y a los propietarios de pequeños huertos. En esta línea clean and inexpensive energy, creating jobs and economic también trabajan otros como Endesa. Sin duda, surgirán activity in the process while stemming the outflow of billions todo tipo de debates y resistencias sobre el coste de parar of euros yearly to pay for fossil fuels, we may well conclude todo el carbón, o el coste de parar completamente una that our decision about how to cast our vote should be parte importante de los ciclos combinados y tener el resto informed by a detailed understanding of what the candidates en stand-by durante once meses al año, o el coste de para la at issue intend to do in that regard if elected. If we show our mitad más madura de la nuclear, pero no es el mismo nivel politicians that the energy model is important to us, they will de problemas que si cambiaran los actores. pay greater attention to the matter than otherwise. ––Desde una perspectiva mundial, el cambio de modelo ener- gético es también aplicable a una gran mayoría de países, We can also keep abreast of cost trends to adopt personal tanto desarrollados como en vías de desarrollo. El petróleo decisions (purchasing a plug-in car when its use is competitive, y su control, que hoy sin duda es la gasolina que alimenta installing a photovoltaic panel on the roof when it is una gran parte de los conflictos en el mundo, perderá capa- cost-effective...). cidad de hacerlo en la misma proporción en que se reduzca For those of us who work in the industry, wind energy has la dependencia del mundo hacia el petróleo y el gas. been a promising field from the outset as a source of clean En definitiva, se trata de un modelo que ya es real en una albeit expensive power with a minority share in today’s energy gran parte, que va a suponer cambios muy importantes en la model. But we’re now beginning to see that our efforts are

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forma de vida de las personas: vamos a tener un mejor nivel bearing fruit, for wind power is now instrumental to changing de vida, con más riqueza disponible para asegurar el bienestar our world profoundly and for the better. Energy is going to de las personas, con una disminución sensible de las amenazas be cheaper and more accessible and will no longer depend sobre el medio ambiente y también con una disminución de las on fossil fuels in the hands of a mere few. Rather, most will desigualdades que se originan por la actual dificultad de acceso be produced domestically, contributing to the wealth of each a la energía. En definitiva, el modelo hacia el que vamos, sin country’s population. And it will be clean energy, with no emis- duda dibuja un mundo mejor que el modelo energético que sions or risk of radioactive accidents. Working to hasten that ahora empieza a apagarse permite. change, so vital for the planet and its inhabitants, witnessing its advent and consolidation in such a short time, should be cause ¿Qué podemos hacer cada uno para acelerar el proceso? for enthusiasm in the wind and photovoltaic community and La política energética la definen nuestros gobernantes, y a source of fresh impetus in our commitment to institute this nosotros elegimos a esos gobernantes. new energy model more effectively and speedily. Si tomamos conciencia de que se puede ir a un modelo energé- tico limpio y barato, y en que por el camino se genera empleo y actividad económica y que recurrentemente evitamos que salgan del país miles de millones de euros para pagar combustibles fósiles, llegaremos a la conclusión de que un factor importante a la hora de elegir a quién votamos será el entender en detalle qué piensa hacer ese candidato al respecto si resulta elegido. Si a nosotros nos interesa y preocupa el modelo ener- gético, los políticos lo tendrán más presente que si no es así. También podemos estar atentos a la evolución de los costes para tomar decisiones a nivel particular (comprar un coche eléctrico enchufable cuando sea competitivo en el uso que voy a darle, instalar fotovoltaica en el tejado de mi casa cuando los costes permitan rentabilizarlo…). Para los que además trabajamos en el sector, la eólica desde sus comienzos ha sido un área de trabajo ilusionante, como fuente de energía limpia, aunque cara y minoritaria dentro del modelo energético actual. Pero ahora se abre una época en la que vamos a ver cómo el resultado de los esfuerzos de desarrollo en eólica es una parte muy principal de un cambio profundo, a mucho mejor, en el mundo en que vivimos. La energía va a ser más barata y accesible, no va a depender de recursos fósiles en manos de unos pocos, sino que se va a producir mayoritariamente en cada país, lo cual incrementará la riqueza de las

142 143 VI. UN MUNDO MEJOR • A BETTER WORLD

personas de esos países y además va a ser una energía limpia, sin emisiones ni riesgos de accidentes radioactivos. Trabajar en posibilitar y acelerar este cambio, vital para el planeta y para quienes lo habitamos, ver cómo ya ha arrancado y cómo se materializa en unos pocos años más es algo que a la comunidad eólica y fotovoltaica debe llenarnos de entusiasmo y de reno- vadas energías para hacerlo posible mejor y más rápido.

142 143 Fig. 1. Mapa de la radiación solar en el planeta Fig. 1. Planet-wide solar radiation

144 145 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY CONSUELO ALONSO

1. El Origen del Viento 1. Wind and its origin La energía eólica proviene indirectamente de la energía solar. Wind energy comes indirectly from solar energy. The elec- La potencia emitida por el Sol en forma de radiación electro- tromagnetic radiation received by the Earth from the sun magnética que es recibida en la Tierra es de 1.74·1017 W, lo amounts to 1.74·1017 W, for an annual energy of 5.48·1024 J. que corresponde a una energía anual de 5.48·1024 J. De toda Approximately 1 % of that total is converted into potentially esa energía, aproximadamente el 1% se convierte en energía harnessable kinetic wind energy. cinética del viento potencialmente aprovechable. Globally speaking, in the upper layers of the atmosphere En las altas capas de la atmósfera, a escala global, el viento wind is generated due to uneven heating on Earth, in turn the se genera por un desigual calentamiento de la tierra, que es result of variations in solar radiation with latitude, the planet’s una consecuencia de la variación de la radiación solar con la rotation on its axis and its orbit around the sun. As solar radia- latitud y del movimiento de la tierra alrededor de su eje y con tion is more intense at the equator than at the poles, heat is respecto al sol. La radiación solar es más intensa en el ecuador conveyed from the former to the latter. que en los polos y por tanto hay un transporte de calor desde If the Earth did not spin, air masses would rise in the warmest el ecuador a los polos. zones, circulate in the upper part of the atmosphere and then De este modo, el movimiento de las masas de aire suponiendo sink in the colder areas. Since the Earth does rotate, however, que la tierra no girase sería tal que el aire caliente subiría en las atmospheric circulation in general is subject to the Coriolis zonas más calientes, circularía por la parte superior de la atmós- effect: in the northern hemisphere wind tends eastward in fera y caería en las zonas más frías. Sin embargo, y debido a la the upper strata of the atmosphere and westward in the lower rotación de la Tierra, se introduce la acción de la Fuerza de layers and vice-versa in the southern hemisphere. Coriolis que influye en la circulación general de la atmósfera: Moreover, geography (the distribution of seas and continents) en el hemisferio norte el viento tiende a desviarse hacia el este and the lay of the land as well as its roughness, including plant en las capas altas de la atmósfera y hacia el oeste en las capas life and urban construction, affect the climate in any given bajas. En el hemisferio sur, por el contrario, el funcionamiento location. Due to the atmospheric dynamics determined by all es exactamente al revés. these factors, planetary air moves in extraordinarily complex Además, la geografía –distribución de mares y continentes– y and turbulent ways. Moreover, it is characterised by a wide la orografía del terreno así como las características de la rugo- spectrum of spatial and time scales, from millimetres to kilo- sidad, que tiene en consideración la vegetación y áreas urbanas, metres and from seconds to months, across which turbulence- son factores que influyen en el clima de un lugar determinado, induced energy is distributed and transferred from the smallest por lo que todos estos factores mencionados determinan la to the largest. dinámica de la atmósfera, dando lugar a que el movimiento del

144 145 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

aire en ésta sea un movimiento turbulento de extraordinaria Global wind blows at an altitude of around 10 000 km. complejidad, caracterizado por un amplísimo rango de escalas Geostrophic, i.e., macro- or synoptic scale, wind is shown on espaciales, desde los milímetros hasta los miles de kilómetros, weather maps to represent the low pressure areas, cold and y temporales, desde segundos hasta meses, en el que la energía warm fronts and so on used to forecast the weather. The spatial de la turbulencia se distribuye en las distintas escalas mencio- scale of the events reflected on such maps is measured in units nadas y es transferida en cascada desde unas escalas a otras más of at least 1 000 km. The next smaller or mesoscale, covering pequeñas. from around 10 to 500 km, is concerned with local winds El viento global es el que sucede en torno a los 10 000 km de generated by thermal gradients and topographic features such altura. En la macroescala –o escala sinóptica– el viento exis- as valleys and mountain ranges. The smallest scale addressed tente se denomina geostrófico y es el que se refleja en los mapas in meteorology, the microscale, analyses events within radii of meteorológicos para representar o predecir el tiempo atmosfé- under 10 km, induced by obstacles such as hills. rico, en los que aparecen borrascas, frentes fríos y cálidos, etc. Los fenómenos que intervienen en el análisis del tiempo atmos- 2. The Atmosphere férico reflejado en dichos mapas ocurren en una escala espacial The Earth is wrapped in its atmosphere, the stratified layer del orden de al menos 1 000 km. En una escala más pequeña, of gas attracted to it by the force of gravity. This cloak is denominada mesoescala –del orden de 10 a 500 km– tienen divided into the following strata, distinguished primarily by the lugar los vientos locales debidos a gradientes térmicos y a carac- differences in their composition and density. terísticas topográficas del terreno como valles y cordilleras. El rango de escalas más pequeñas que se consideran en meteoro- Troposphere logía constituye la denominada microescala, en la que se analizan This is the layer in contact with the surface of the planet, where fenómenos que tienen lugar en escalas inferiores a 10 km, como all meteorological events occur. On average, temperature los debidos, por ejemplo, a obstáculos tales como colinas. declines linearly with above-ground height. The troposphere, 11 km thick on average, tapers toward the poles and accounts for around 75 % of the total atmospheric mass. The bottom 2. La Atmósfera of the troposphere is known as the planetary boundary layer. La atmósfera terrestre es la capa de gas que cubre la super- Stratosphere ficie de la Tierra y que, debido a la acción de la gravedad, es This layer, directly above the troposphere, holds the ozone atraída por ésta y se encuentra estratificada. Se pueden dife- (O ) that absorbs ultraviolet light. For that reason, temperature renciar varias capas dentro de ella, en las que las propiedades 3 rises with altitude in this layer, which lies at 11 to 50 km above físicas son distintas debido a diferencias en su composición y ground. densidad. Las capas son las siguientes: Mesosphere Troposfera This third layer of the atmosphere is located over the strato- Se encuentra en contacto con la superficie terrestre y en ella se sphere. Here the temperature, which declines with altitude, is producen todos los fenómenos meteorológicos. En promedio, lower than anywhere else in the atmosphere. It skirts the planet la temperatura disminuye con la altura sobre el terreno de at 50 to 80 km above the surface and contains about 0.1 % of forma lineal. La troposfera se encuentra achatada por los the total atmospheric mass.

146 147 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

polos, tiene un espesor medio de unos 11 km y contiene del Thermosphere orden del 75% de la masa total de la atmósfera. La capa límite The air density in this layer, located above the mesosphere, terrestre constituye la parte más baja de la troposfera. is very low, while the temperature is very high and rises with altitude. The reason is that its gases absorb X- and gamma Estratosfera rays from the sun, which raise their temperature to up to Es la capa situada por encima de la troposfera. En esta capa se 1 500 °C. This is also the layer where solid particles entering encuentra el ozono (O3), que absorbe luz en el rango ultravio- the atmosphere disintegrate, giving rise to falling stars, and leta. Por este motivo, la temperatura aumenta con la altura en where aurora boreales form. Also known as the ionosphere, esta capa. Comprende desde los 11 hasta los 50 km de altura. this stratum lies at 80 to 500 km above the surface of the Earth. Mesosesfera Exosphere Es la tercera capa de la atmósfera, situada por encima de la This is the outer-most layer of the atmosphere, located above estratosfera. En esta capa la temperatura disminuye con la the thermosphere. It separates the Earth’s atmosphere from altura, y se registran las menores temperaturas de la atmósfera. the nearly absolute vacuum of interplanetary space. It circles Contiene sólo alrededor del 0.1% de la masa total de la atmós- the planet at 500 to 1 000 km above ground, although its thick- fera. Abarca desde los 50 hasta los 80 km de altura. ness is only vaguely defined. All meteorological activity (such as rain, wind or cloud formation) takes place in the troposphere, Termosfera i.e., in the bottom 11 km of the atmosphere. En esta capa, situada por encima de la mesosfera, la densidad del aire es muy baja, y su temperatura es muy alta y aumenta Altura (km) / Height con la altura. Esto se debe a que los gases se encuentran ioni- zados, pudiéndose alcanzar temperaturas de hasta 1 500ºC. Los 600 gases se ionizan al absorber los rayos gamma y los rayos X Exosfera / Exosphere provenientes del sol. En esta capa se desintegran las partículas 500 sólidas que entran en la atmósfera, lo que da lugar a las estrellas fugaces, y también en ella se forman las auroras boreales. Va 400 desde los 80 hasta los 500 km de altura sobre el terreno. Esta capa también es conocida como ionosfera. 300 Exosfera Es la última capa de la atmósfera terrestre, por encima de la 200 Troposfera / Troposphere termosfera. Separa la atmósfera terrestre del espacio inter- planetario, en el que existe un vacío casi absoluto. Su espesor Termosfera / ermosphere 100 no está muy definido, y puede abarcar desde los 500 hasta los Mesosfera / Mesosphere 1 000 km de altura sobre el terreno. Estratosfera / Stratosphere 0 Toda la actividad meteorológica (lluvias, vientos, formación - 100 0 100 200 300 400 500 T (ºC) de nubes, etc.) se produce en la troposfera, es decir, en los Fig. 2. Variación de la temperatura a lo largo de las capas de la atmósfera primeros 11 km de la atmósfera. Fig. 2. Temperature variation across the layers of the atmosphere

146 147 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

3. La Circulación a nivel global. Macroescala 3. Global Circulation. Macroscale El modelo de circulación más sencillo –si no existiera el movi- In the simplest circulation model (which assumes that the miento de rotación de la tierra con respecto a su eje– sería Earth does not rotate on its axis), convection would cause the el considerar un movimiento por convección del aire en la air in the troposphere to circulate on the surface from the poles troposfera, dando lugar a una celda de circulación en super- toward the equator and in the opposite direction at higher ficie desde los polos hacia el Ecuador, y en sentido inverso en altitudes. The driving force for such circulation would be the altura. Esta circulación tendría su origen en que en la zona del warming of the air in contact with the Earth at the equator. Ecuador el aire en contacto con el terreno se calienta, asciende That air would rise and flow toward the poles, where it would y se dirige en altura hacia los polos, donde, debido al enfria- cool, sink and then flow back to the equator along the surface. miento, desciende y retorna hacia el Ecuador al nivel de la The actual model for planetary air circulation is more complex, superficie terrestre. however. A simplified explanation follows. Sin embargo, el modelo real de circulación global del aire 1) Hadley cells: circulation in two strips approximately 30° of resulta más complejo, y queda definido de una manera simpli- latitude wide, one north and the other south of the equator. ficada de la siguiente manera: A low pressure belt known as the equatorial trough circles the 1) Celda de Hadley: tiene lugar en una franja aproximada de planet at the equator, prompted by the rise of warm air at these unos 30º de latitud norte y sur desde el ecuador. latitudes. As it rises to the higher layers of the troposphere, the air cools and discharges much of its moisture, normally En el ecuador existe un cinturón de bajas presiones que rodea in the form of rain, and then sinks back to the surface. This al planeta denominado depresión ecuatorial, provocado por la generates the so-called northeast westerlies (or trade winds) in ascensión del aire caliente producido en esas latitudes. Al subir, the northern hemisphere and the southeast westerlies in the el aire se enfría en contacto con las capas altas de la troposfera southern hemisphere. y pierde gran parte de la humedad que contenía, que generalmente la descarga en forma de lluvia, volviendo a descender. 2) Polar cells: circulation between 60° latitude and the poles. At Se crean así los denominados vientos Alisios del noreste en el 60° latitude surface air warms and rises due to thermal convec- hemisferio norte y Alisios del sudeste en el hemisferio sur. tion, flowing toward the poles at high altitudes. The air at the highest altitudes cools and sinks, compressing the air below 2) Celda Polar: ocurre entre los 60º y los polos. A los 60º de and inducing surface level flow toward the equator. That flow latitud se produce un ascenso por convección térmica –el aire se is deflected westward by the Coriolis effect, generating what calienta desde la superficie terrestre y asciende– desplazándose are known as the eastern polar winds. en altura hacia los polos. Entonces, el aire que se encuentra a gran altura se enfría y desciende, lo que produce una compresión 3) Ferrel cells: these cells, located at 30° to 60° latitude, are del aire y un flujo a nivel de la superficie terrestre dirigido hacia sandwiched between the Hadley and Polar cells, which drive el Ecuador. Este desplazamiento se ve afectado por la fuerza air circulation in these strips. At 30º latitude air sinks, flowing de Coriolis, que da lugar a una desviación en superficie hacia el toward the poles along the surface and rising at 60° latitude, Oeste. Estos vientos se conocen como vientos polares del Este. where it closes the loop. This very unstable cell generates surface wind predominantly from the west, although as its 3) Celda de Ferrel: esta celda se encuentra entre las dos ante- direction and intensity vary substantially, it plays a key role in riores, entre los 30º y 60º de latitud. Su circulación se ve global heat balance.

148 149 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

Polo norte N North pole Celda polar Vientos polares del este Polar cell Polar winds from the east 60º Celda de Ferrel Vientos del oeste Ferrel cell Winds from the west 30º Celda de Hadley Alisios del NE Hadley cell NE westerlies

Celda de Hadley Alisios del SE Hadley cell SE westerlies 30º Celda de Ferrel Vientos del oeste Ferrel cell Winds from the west 60º

Celda polar Vientos polares del este Polo sur Polar cell Polar winds from the east South pole S

Latitud Latitude 90º - 60º N 60º - 30º N 30º - 0º N0º - 30º S 30º - 60º S 60º - 90º S Dirección NE / NE SO / SW NE / NE SE / SW NO / NW SE / SE Direction

forzada por las celdas de Hadley y Polar. El aire se ve forzado (izquierda / left) a descender hacia la superficie a los 30º de latitud, y se desplaza Fig. 3. Circulación del aire a nivel global hacia los polos a nivel de la superficie terrestre. Cuando llega a Fig. 3. Global atmospheric circulation los 60º de latitud, el aire asciende y cierra el ciclo de circulación. Esta celda es muy inestable y produce vientos predominantes (derecha / right) del Oeste en superficie, de intensidad y dirección muy varia- Fig. 4. Circulación global de la atmósfera: cinturones de presiones y prin- bles, lo que hace que esta celda sea de gran importancia en el cipales vientos balance de calor a nivel global. Fig. 4. Global atmospheric circulation: pressure belts and main winds El cinturón de altas presiones existente en torno a 30º latitud N se desplaza también estacionalmente. Así, por ejemplo, las islas The high pressure belt at around 30° north latitude shifts Canarias tienen vientos Alisios del NE en verano consecuencia seasonally. The Canary Islands, for instance, receive NE del mismo. westerlies in the summer as a result.

148 149 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

4. Los Efectos Locales. Mesoescala 4. Local effects. Mesoscale Las condiciones geográficas locales son a veces la causa de At times, local geographic conditions may cause mesoscale tendencias de viento que se superponen a los mapas de velo- winds that overlap with global winds on velocity maps. Such cidad de viento globales. Estas condiciones producen calen- conditions generate atmospheric warming and cooling that tamientos y enfriamientos de la atmósfera que dan lugar a give rise to small pressure differences, in turn the source of pequeñas diferencias de presión que a su vez son el origen local or regional winds (or both) that are at their strongest de vientos locales y/o regionales que se manifiestan con más when global winds are weak. intensidad cuando los vientos globales son débiles. Estos Local winds may be the outcome of exclusively thermal effects vientos locales pueden tener un origen exclusivamente térmico or of the lay of the land. y/o ser producidos por la orografía. 4.1 Vientos de Origen Térmico 4.1 Thermally generated winds Entre los principales vientos térmicos se encuentran las brisas Thermal winds primarily include the breeze blowing between entre el mar y montañas costeras, los vientos de ladera de the sea and coastal mountains, mountain slope winds and montaña y las brisas entre la montaña y valle. mountain-valley breezes. Brisas entre el mar y la montaña Sea - coastal mountain breezes En las zonas costeras, durante las horas de sol la tierra se In coastal areas, the dry inland air rises during the daylight calienta más rápidamente que el mar, lo cual hace que el aire hours when it warms faster than the air over the sea, generating situado sobre ella ascienda, ocasionando la formación de wind that blows landward on the surface and seaward at higher vientos que soplan hacia la tierra en superficie y en sentido altitudes. At night when the air over the sea is warmer, the contrario en altura. Durante la noche el aire del mar es más breeze changes direction (Fig. 5). cálido y la circulación es a la inversa (fig. 5). Mountain slope winds Vientos de ladera de montaña Tienen lugar en valles entre montañas. Tras la salida del sol, These winds blow in valleys between mountains. After sunrise, las laderas se calientan y comienzan sobre ellas flujos de aire the slopes warm and air begins to flow upward, inducing ascendente, o vientos anabáticos. Por la noche el sentido del anabatic wind. At night the wind changes direction, sloping viento se invierte convirtiéndose en un flujo ladera abajo, o downward to generate catabatic wind (Fig. 6). viento catabático (fig. 6). Breezes between mountain and valley Brisas entre la montaña y el valle When atmospheric conditions are stable and skies are scantly Cuando la situación atmosférica es estable y al nubosidad cloudy, winds similar to sea breezes arise in the valley. In the escasa se desarrollan en los valles vientos similares a las brisas morning, an upslope wind blows, growing in strength until costeras. Por la mañana, la brisa sopla valle arriba aumentando after midday, declining thereafter and disappearing altogether la fuerza hasta después del medio día, para luego decaer y after sunset. A cold downslope wind blows after nightfall. This cesar antes de la puesta del sol. Tras la puesta del sol un viento breeze, which is more stable at night than during the day, is frio sopla valle abajo. La brisa nocturna es más regular que la known as canyon wind (Fig. 7). diurna. Este viento es conocido como viento cañón (fig. 7).

150 151 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

Circulación durante el día / Daytime circulation Brisa de valle / Valley breeze

Circulación durante la noche / Night time circulation Brisa de montaña / Mountain breeze

(izquierda / left) Fig. 5. Brisas entre el mar y montañas costeras Fig. 5. Coastal breeze

(arriba-derecha / above right) Fig. 6. Vientos de ladera de montaña Fig. 6. Mountain slope winds

(abajo derecha / below right) Fig. 7. Brisas entre montaña y valle Fig. 7. Breezes between mountain and valley

150 151 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

4.2 Vientos de Origen Orográfico 4.2 Winds generated by the terrain La topografía da lugar a perturbaciones en la circulación Topography gives rise to disturbance in general wind general. De este modo, los accidentes orográficos tales como circulation. Obstacles such as mountain ranges or cliffs cause cadenas montañosas, acantilados, etc, originan pequeñas tiny disturbances that favour the existence of unique points perturbaciones que favorecen la existencia de puntos singu- where wind speed rises. lares donde la velocidad del viento se incrementa. One very well known example is the Foehn effect (Fig. 8), a Un ejemplo de un viento muy conocido de este tipo es el que se wind generated when a mass of warm, moist air rises to cross produce cuando una masa de aire cálido y húmedo se encuentra over high ground, such as a mountain. con la ladera de una montaña y se ve obligada a ascender para Topography, a mountain slope in this case, forces the mass of salvar este obstáculo, siendo conocido este fenómeno como warm, most air upward. Water vapour condenses and clouds efecto Foehn (fig. 8). form, some of which drop precipitation in the form of rain El vapor de agua que contiene este aire caliente y húmedo while others are trapped at the summit (barrier effect). The que incide sobre la montaña, a medida que asciende se trans- dried air then sweeps down the other side of the mountain as forma en nubes. Algunas de ellas pueden precipitar en forma atmospheric pressure and hence temperatures rise. de lluvia y otras se quedarán en la cima, por el efecto barrera. As this warm air rises, the water vapour it carries forms clouds, Es entonces cuando el viento, ya casi sin vapor de agua, se some of which may drop precipitation in the form of rain convierte en un viento seco, e inicia el rápido descenso por while others are trapped at the summit due to the barrier effect. la otra ladera provocando el fenómeno inverso. Es debido al That is when the wind, nearly devoid of water vapour, sweeps gran contraste climático, por lo que las nubes se deshacen, el down the opposite side of the mountain, inducing the reverse tiempo se despeja, el aire se calienta, la humedad es escasa y la phenomenon. The huge contrast in climate causes the clouds temperatura va aumentando. to dissipate and the skies to clear; the air warms, moisture is 4.3 Principales vientos locales de España scant and the temperature rises as a result. ––Cierzo: sopla en el Valle del Ebro ––Levante: sopla en el Estrecho Gibraltar y Murcia Fig. 8. Efecto Foehn / Fig. 8. Foehn effect ––Leberche: afecta a Murcia y procede del Sahara ––Tramontana: viento regional del Ampurdán en Cataluña Aire caliente y húmedo Aire caliente y seco ––Xaloc: sopla en Baleares y procede del Sahara Warm, moist air Warm, dry air ––Galerna: sopla en la costa Cantábrica ––Abrego: viento regional de las dos Castillas, Extrema- dura y Andalucía.

(pág. siguiente / opposite page) Fig. 9. Variación de la velocidad del viento por efecto de obstáculos: efecto resguardo (izquierda) y efecto estela (derecha) Fig. 9. Obstacle-induced variation in wind speed: effect of shelter on wind flow (left) and wake effect (right)

152 153 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

5. La circulación a nivel de la microescala 4.3 Main local winds in Spain A nivel de la microescala, también puede haber muchos factores ––Cierzo: blows in the River Ebro Valley que influyan considerablemente en el viento. Entre los más ––Levante: blows in the Strait of Gibraltar and Murcia importantes pueden considerarse los obstáculos, resguardo, así ––Leberche: blows from the Sahara Desert and affects como determinadas condiciones orográficas especiales, como Murcia son el efecto túnel y la existencia de colinas. ––Tramontana: blows regionally in Catalunya’s Ampurdan 5.1 Obstáculos County ––Xaloc: blows from the Sahara Desert across the Un obstáculo es un elemento que disminuye la velocidad del Balearic Isles viento aguas abajo del mismo tras el paso del viento. Además, ––Galerna: blows along the coast of the Bay of Biscay produce un flujo de viento turbulento en una cierta área a sota- ––Abrego: blows regionally in Castile-Leon, Castile-La vento del mismo. Los obstáculos con más influencia en la velo- Mancha, Extremadura and Andalusia. cidad del viento son las edificaciones o también las grandes masas arbóreas. 5. Microscale Circulation 5.2 Efectos colina y túnel Many microscale factors may also have a substantial effect on En el caso de un flujo de aire sobre una colina suave, en la que the wind. Some of the most significant include obstacles and las pendientes no son muy pronunciadas, se produce una reduc- certain special conditions of the terrain, such as the tunnel ción de la distancia entre las líneas de corriente en proximidad effect or the existence of hills. del punto más alto de la colina y por tanto una aceleración del flujo que lleva consigo un incremento de velocidad. Este efecto 5.1 Obstacles puede observarse en la siguiente figura, donde se representa el perfil de velocidades correspondiente a una zona llana y el perfil An obstacle is an element that reduces wind velocity down- de velocidades de ese mismo flujo en la cima de una pequeña stream of the element itself. Moreover, it generates turbulence loma. Este mismo efecto se produce en pasos estrechos entre in a certain leeward area. The obstacles with the greatest effect dos montaña, lo que se conoce como efecto túnel. on wind speed are buildings and large forests.

152 153 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

l Incremento de la velocidad del viento Rise in wind speed

Fig. 10. Efecto colina Fig. 10. Hill effect

6. La Rugosidad del Terreno 5.2 Hill and tunnel effects A una altura de alrededor de 1 km sobre el suelo la superficie When air flows over a low, gently sloped hill, the distance terrestre apenas ejerce influencia sobre el viento. Sin embargo, between the current lines declines at the hilltop. The a menores alturas, la velocidad del viento se comienza a ver concomitant acceleration in the flow raises wind speed. The afectada por la fricción o rozamiento con la superficie terrestre. effect is illustrated in the figure above, which shows the profile of air flow speeds in a flat area and the profile of the same flow Lógicamente, cuanto mayor sea la rugosidad del terreno mayor at the top of a small hill. When generated in narrow mountain será la ralentización que sufra el viento. Así, los bosques o las passes, this same chain of events is known as the tunnel effect. ciudades, por ejemplo, provocan un freno mucho mayor al viento que el que mucho el viento no así los lagos o las super- 6. Terrain Roughness ficies de terreno con monte bajo. At an altitude of around 1 km above ground, the Earth’s surface has barely any effect on the wind. At lower heights, however, La rugosidad se evalúa mediante un parámetro llamado wind speed is impacted by friction against the surface. The longitud de rugosidad, Z , cuyo sentido físico es la altura a la 0 rougher the terrain, the greater the effect. Forests or cities, for cual la velocidad medida es cero cuando el viento tiene una instance, curb wind speed more than water-covered areas (such variación logarítmica con la altura. as lakes or seas) and areas with low-lying shrubs. Esta longitud de rugosidad, dependiendo de su valor, se suele Roughness is assessed in terms of a parameter known as clasificar con un número de 0 a 3, correspondiendo la rugo- dynamic roughness, Z , which physically speaking means the sidad clase 0 a áreas en las que haya presencia de mar o lagos, 0 height at which mean speed is zero when the wind varies desiertos y nieve fundamentalmente –en definitiva, zonas en las logarithmically with height. Depending on its value, dynamic que la Z es muy pequeña– y la rugosidad clase 3 a la presencia 0 roughness is generally ranked on a scale of 0 to 3, in which de vegetación muy abundante y de elevado porte, como pueden 0 means areas characterised by the presence of seas, lakes, ser bosques y selvas, así como con entornos urbanos y rurales deserts or snow (i.e., where Z is very small) and 3 areas with con alto índice de edificación. Las rugosidades de clases 1 y 2 0 very dense, tall plant life, such as forests and jungles, or densely corresponderían a terrenos intermedios. constructed urban or rural environments. Intermediate terrains are assigned roughness values of 1 or 2.

154 155 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

Rugosidad clase 0 / Roughness class 0 Rugosidad clase 1 / Roughness class 1 Rugosidad clase 2 / Roughness class 2 Rugosidad clase 3 / Roughness class 3 Fig. 11. Rugosidad del terreno Fig. 11. Terrain roughness

7. La variación del viento con la altura 7. Variation in Wind with Height El viento por encima de cierta altura está regido por el equili- Above a certain height the wind is governed by the equilibrium brio entre las fuerzas de presión y de Coriolis, aunque a medida between pressure and Coriolis forces, although as it sinks que va descendiendo hacia la superficie terrestre sufre un roza- toward the surface, it is slowed by ground friction. This takes miento con el suelo y es frenado por el mismo. Este fenómeno place in the planetary boundary layer, the thickness of which ocurre dentro de la capa límite terrestre que tiene un espesor varies with climate, although typical values are on the order variable con las condiciones climatológicas. Un valor típico del of 1-2 km. The bottom of the boundary layer, known as the espesor podría ser 1-2 km. La parte inferior de la capa límite surface layer, accounts for approximately 10 % of the total terrestre se conoce como capa superficial, representando apro- thickness, i.e., the 100-150 metres closest to the ground. ximadamente un 10 % del espesor de la capa límite, es decir Wind speed in the planetary boundary layer varies with height aproximadamente sus primeros 100 o 150 primeros metros. due to friction with the surface. This effect is known as vertical Dentro de la capa límite terrestre, la velocidad del viento varía wind shear. con la altura debido al rozamiento con la superficie terrestre. Two equations are normally used to relate wind speed to the Este efecto se conoce como cortadura vertical del viento. above-ground height in the surface layer of the atmosphere. Habitualmente suelen considerarse dos leyes diferentes que se relacionan la velocidad del viento con la altura sobre el terreno en la capa superficial de la atmósfera. 7.1 Power equation for wind shear

7.1 Ley potencial de variación del viento con la altura The power equation is: La ley potencial se define mediante la fórmula:

where:

154 155 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

donde : zr: es una altura de referencia en la que mide una velocidad del viento v(zr): es la velocidad del viento a la altura de referencia. v(z): es la velocidad a determinar (en m/s) 100 z: altura en m para la cual se quiere determinar la velocidad e ground α = 0.40 del viento 80 α = 0.25 α: denominado exponente ley potencial o de cizalladura, α = 0.16 depende de la rugosidad del terreno, de la velocidad del ight ab ov α = 0.10 60 α = 0.06

viento y del grado de estabilidad atmosférica, y su valor / He ) en cada emplazamiento podría ser determinado experi- mentalmente. En la Tabla 1 se da el rango de variación en 40 funcion de la rugosidad del terreno. 20 TABLA 1 / TABLE 1 Valores de α para diferenes tipos de terreno y rugosidad alue of by terrain type and roughness V α Altura sobre el suelo (m 0 246810 Grado de rugosidad Tipo de terreno Velocidad del viento (m/s) / Wind speed Roughness Terrain type α Fig. 12. Variación potencial del viento para diferentes valores de alfa Mar, arena, nieve Liso / Smooth 0.10 - 0.13 Fig. 12. Variation in wind speed for different values of alpha Sea, sand, snow Rugosidad moderada Hierba, cultivos Fig. 13. Ley potencial en función del valor de alfa para diferentes tipo de 0.13 - 0.20 Moderately rough Grass, crops rugosidad (zonas urbana, rústica y de costa) Bosques, edificaciones Fig. 13. Power equation results by value of alpha for different types of Rugoso / Rough 0.20 - 0.27 Forests, buildings terrain (urban, rural and coastal) Muy rugoso / Very rough Ciudades / Cities 0.27 - 0.40 Altura (m) Zona urbana Zona rústica Costa Height Urban area Rural area Coast v = 45 m/s α = 0.4 500 100% v = 45 m/s 7.2 Ley logarítmica de variación del viento con la altura α = 0.28 90% La ley logarítmica se utiliza menos que la potencial ya que una 375 v = 45 m/s α = 0.14 de las variables con la que se formula depende de la observa- 80% 100% 100% ción superficial del terreno a través de la definición de la rugo- 250 sidad del mismo. En efecto, dicha ley obedece a la siguiente 70% 90% 60% 90% formula: 80% 125 v ()z2 ln ()zz20 70% 80% = 60% v ()z1 ln ()zz10 donde:

156 157 VII. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA METEOROLOGÍA • FUNDAMENTALS OF METEOROLOGY

zr: is a reference height at which wind speed is measured

v(zr): is the wind speed at the reference height 1.000 v(z): is the speed to be determined (in m/s) z: is the height in m for which the wind speed is to be determined e ground α: alpha is the so-called power or shear equation exponent, z0 = 0.02 m 100 v = 12 m/s which depends on terrain roughness, wind speed and ight ab ov g atmospheric stability; its value at any given site may be He Tipo de atmósfera / Type of atmosphere determined experimentally. Table 1 gives the range of variation by terrain roughness. 1. Inestable / Unstable 10 2. Algo inestable / Fairly unstable 3. Neutra / Neutral 4. Algo estable / Fairly stable 7.2 Logarithmic equation for wind shear 5. Estable / Stable 6. Muy estable / Very stable The logarithmic equation is used less than the power equation

Altura sobre el suelo (m) / because one of the variables involved calls for defining terrain 0510 15 20 roughness. The equation is as follows: Velocidad del viento (m/s) / Wind speed v ()z2 ln ()zz20 Fig. 14. Variación potencial del viento para diferentes tipos de atmósferas = v ()z1 ln ()zz10 Fig. 14. Variation in the power equation with height for different types of atmospheres where:

v(z2): wind speed in m/s at height 2 v(z1): wind speed in m/s at height 1 v(z2): Velocidad viento a altura 2 en m/s z2: height 2 in m c(z1): Velocidad del viento a altura 1 en m/s z1: height 1 in m z2: Altura 2 en m z0: surface roughness of the terrain. z1: Altura 1 en m z0: Rugosidad superficial del terreno.

7.3 Perfiles de viento para distintos tipos de atmósferas 7.3 Wind profiles for different types of atmospheres Existe un fenómeno curioso conocido como inmersión One rather curious phenomenon known as thermal inversion térmica por el cual, si la atmosfera es inestable –como ocurre occurs when the atmosphere is unstable, such as on nearly por ejemplo en días soleados de poco viento- la velocidad del windless sunny days. Under such circumstances, wind speed viento podría incluso disminuir con la altura. La consideración may decline with height. This is an important development to de este hecho es muy importante, pues implica que no siempre bear in mind, for it means taller wind turbines may not neces- resultará positivo el incremento en la altura del aerogenerador sarily capture more wind energy. a los efectos de capturar mayor energía.

156 157 158 159 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENTIAL CONSUELO ALONSO

1. Potencia Eólica Disponible En El Viento 1. Power Available in Wind La energía cinética contenida en una masa de aire, m, movién- The kinetic energy contained in a mass of air, m, moving at dose a una velocidad, v, responde a la expresión: speed v can be expressed as: E = ½ m ∙ v2 E = ½ m ∙ v2 Si se tiene en cuenta que el valor de la densidad del aire es Given that air density is ρ = m/V and the volume of air ρ = m/V y el volumen de viento de aire que llega a un rotor reaching a blade with area A in time t is V=A· v· t, the kinetic de área A en un tiempo t es V = A· v· t, la energía cinética que energy delivered by wind to the blade can be expressed as: aporta el viento al rotor adoptará la siguiente expresión: E = (½) ρ· V·v2 = (½) ρ·A∙ v ∙ t ∙ v2 E = (½) · V· v2 = (½) · A· v· t· v2 ρ ρ Therefore, the power available in wind expressed as energy per Y, por tanto, la potencia eólica disponible como medida de la unit of time is: energía por unidad de tiempo: 2 3 Pd = E/t= (½) ρ· A· v· v = (½) ρ· A· v where:

Pd s available power [W] A is the area swept by the blade [m2] v is wind speed [m/s] D ρ is air density [kg/m3]. v The above expression shows that the power available in a mass of flowing air is heavily dependent upon wind speed, given that it is proportional to v3, and proportional as well to the area A exposed to the air flow, i.e., the area swept by the blade.

2. Harnessable Wind Power Further to the principle of the conservation of energy, it is physically impossible to extract all the mechanical power from the wind. The amount of harnessable power depends on v t both the wind power available and the characteristics of the Fig. 1. / Fig. 1. machine, as in the following expression:

158 159 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

2 3 Pd = E/t= (½)· ρ·A· v· v = (½) ρ· A· v Siendo las unidades de las magnitudes anteriores, en el Sistema Internacional: Potencia eólica disponible P = Potencia disponible [W] Available wind power d Potencia eólica máxima A = Área barrida por el rotor [m2] aprovechable (Límite de Betz) Maximum harnessable v = velocidad del viento [m/s] wind power (Betz limit) ρ = Densidad del aire en [kg/m3] Potencia eólica aprovechable Harnessable wind power De este modo, en primer lugar se observa la importante dependencia de la potencia disponible en las masas de aire en movi- 0 5 10 15 20 25 v (m/s) miento con la velocidad del viento, pues la primera es proporcional al cubo de la segunda. Adicionalmente, se tiene que Fig. 2. Límite de Betz esta misma potencia resulta proporcional al área expuesta a la Fig. 2. Betz limit corriente de aire, es decir al área barrida por el rotor.

2. Potencia Eólica Aprovechable en el Viento La existencia de la ley de conservación de la masa hace que no resulte físicamente posible extraer toda la potencia mecánica Límite de Glauert Límite de Betz (Cp = 0,59) / Betz limit del viento. La cantidad de potencia aprovechable, por tanto, 0.6 Glauert limit 3 palas dependerá –además de la potencia eólica disponible– de las 3 blades r coecien t 0.5 2 palas características de la máquina. 2 blades owe

P 1 pala 3 1 blade Pa = Cp· (½) ρA· v ) / 0.4 p

Siendo, Cp el coeficiente de potencia. 0.3 Este coeficiente expresa, por tanto, la fracción de potencia Rotor Darrieus 0.2 Darrieus rotor capturada por el rotor del aerogenerador y es función, para Rotor multipala Multi-blade rotor cada máquina, de la velocidad del viento. 0.1 Rotor Savonious 3 palas 2 palas 1 pala El físico alemán Betz estableció en su teoría de la cantidad de Savonious rotor 3 blades 2 blades 1 blade Coeficiente de potencia (C movimiento, el máximo valor teórico de Cp en 16/27 o 0.59. A 246810 12 14 16 18 este valor se le denomina límite de Betz y representa el máximo Velocidad específica (λ) / Specic speed valor posible de la fracción de potencia disponible en el viento que es capaz de obtener un aerogenerador (rendimiento). En la práctica, su valore real para los actuales aerogeneradores Fig. 3. Coeficiente de Potencia de un aerogenerador con control de potencia tripala que copan el mercado actual alcanza valores por debajo y paso fijo de 0.45. Fig. 3. Power coefficient

160 161 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

3 2.1 Coeficiente de Potencia Pa = Cp· (½) ρ· A· v

El coeficiente de potencia mide la eficiencia de conversión where Cp is the power coefficient. de la energía cinética en energía mecánica. En la fugura 3 se The power coefficient denotes the fraction of power captured presenta el Coeficiente de potencia, Cp para distintos tipos de by a wind turbine blade and depends, for each machine, on aeroturbinas en función del cociente entre la velocidad de la wind speed. punta de la pala y la velocidad del viento (λ): According to German physicist Betz’s theory of wind machines, 2.2 Coeficiente de Empuje the maximum theoretical value of Cp is 16/27 or 0.59. Known La fuerza que ejerce el viento sobre el aerogenerador es igual as the Betz limit, this value is the maximum possible fraction y opuesta a la que este ejerce este sobre el aire. Esta última of the power available in the wind that can be captured by a fuerza frena el aire y origina la estela (área en donde se extiende wind turbine (performance). In practice, the actual value for una masa turbulenta de viento aguas abajo del aerogenerador). the three-blade machines that presently prevail on the market Cuanto mayor sea más intensa será la estela y mayor área de is under 0.45. turbulencia. Se expresa con el coeficiente de empuje: 2.1 Power Coefficient F C=T The power coefficient measures the efficiency of the 1 ≠D2 rv2 conversion of kinetic to mechanical energy. Figure 3 shows 2 4 the power coefficient, Cp, for different types of wind turbines D: diámetro aerogenerador by the ratio between the speed at the tip of the blade and wind F: fuerza de empuje speed, known as the tip speed ratio. (λ): vhub: velocidad viento altura de buje A veces se da en función del llamado coeficiente de velocidad 2.2 Thrust Factor inducida a The force exerted by the wind on the turbine is met with an 1- 1-C equal and opposite force exerted by the turbine. The latter a= T 2 curbs the air flow, generating a wake (area affected by a turbulent wind mass downstream of the turbine). The greater (2a) es la velocidad que pierde el viento al pasar por el the force, the more intense the wake effect and the larger the aerogenerador. area affected by turbulence. The thrust factor is expressed as 2.3 Curva de potencia de un aerogenerador follows: F La caracterización de un aerogenerador se hace a través de su C=T 1 ≠D2 curva de potencia que relaciona la potencia suministrada en rv2 función de la velocidad del viento. 2 4 where: Antes de entrar a describir la curva de potencia, conviene D is the wind turbine diameter recordar los sistemas de regulación de la misma que básica- mente hasta el día de hoy han sido utilizados en los aerogene- F is thrust radores modernos: vhub is wind speed at hub height.

160 161 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Control por pérdida aerodinámica (stall control o paso fijo) CT A partir de un determinado valor de la velocidad incidente del 0.9 viento, se produce la disminución de la fuerza de sustentación generada por la corriente incidente sobre el perfil de la pala, a 0.8 la vez que aumenta notablemente la resistencia aerodinámica. 0.7 Este control se debe puramente a leyes físicas que rigen la 0.6 aerodinámica, no siendo preciso llevar a cabo ninguna acción externa sobre las palas, que se unen al buje con un ángulo fijo, y 0.5 no tienen, por tanto, la posibilidad de girar sobre su propio eje. 0.4 Naturalmente, el perfil de la pala debe en este caso haber sido 0.3 aerodinámicamente diseñado para garantizar que en momentos 0.2 de alta velocidad de viento se crearán turbulencias y consecuente pérdida de sustentación, reduciéndose así la potencia entregada. 0.1

El giro alrededor de su eje longitudinal al que se dota a la pala 0 5 10 15 20 25 v (m/s) permite, por un lado, controlar la potencia y la velocidad del Fig. 4. Curva de coeficientes de empuje de un aerogenerador giro del rotor, a la vez del frenado del sistema. Fig. 4. Thrust factor curve for a wind turbine La principal ventaja de la solución de paso fijo es la inexis- tencia de partes móviles en el rotor y de sistemas de control On occasion thrust is expressed in terms of the so-called que puedan derivar en caros y/o complejos mantenimientos. induced speed factor as: 1- 1-C Por el contrario, la principal ventaja de la solución de paso a= T variable es que capta más energía –en el entorno del 10-15 %– 2 sin ser además necesario que las palas incorporen aerofrenos where (2 a) is the loss of wind speed induced by the turbine. en su punta. 2.3 Wind turbine power curve En lo que respecta a la curva de potencia de cada uno de estos tipos, se muestra en primer lugar la correspondiente a una Wind turbines are characterised by their power curve, which turbina de paso fijo, en la que destacan los siguientes puntos plots the power delivered against wind speed. singulares: In modern wind turbines, essentially two approaches are ––1. Por debajo de la velocidad de arranque (3-4 m/s para los adopted to enhance the power curve. aerogeneradores actuales) y por encima de la velocidad de Stall control or fixed pitch parada la producción de potencia es cero, es decir el aeroge- Once a given incident wind speed is reached, the lift force nerador no funciona bien porque no hay viento suficiente generated by the air flowing against the edge of the blade o bien porque el viento es tan elevado que podría llevar al declines and aerodynamic resistance rises considerably. This aerogenerador a condiciones inseguras de funcionamiento. factor is governed strictly by the laws of aerodynamics and ––2. Una vez superada la velocidad de arranque (3-4 m/s calls for no external action on the blades, which are attached para los aerogeneradores actuales) se comienza a generar to the hub at a fixed angle and do not rotate around their axis.

162 163 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

potencia de forma directamente proporcional a la velo- The blade profile must logically be aerodynamically designed cidad del viento incidente hasta que se alcanza la velocidad to ensure that no turbulence is generated at high wind speeds, nominal (próxima a 12-14 m/s para los aerogeneradores for that would reduce lift and with it the power delivered. actuales) que es aquella a la que el aerogenerador produce When blades are designed to rotate around their longitudinal la potencia nominal de diseño (tramo curvo ascendente axis, rotor rotational speed as well as system power and braking de la curva de potencia). En este tramo el aerogenerador can be controlled. funciona a carga parcial The primary advantage of the fixed pitch solution is the ––3. Por encima de la velocidad nominal y hasta la velocidad absence of mobile parts on the rotor and often expensive or de parada (25 m/s aproximadamente para los aerogene- maintenance-intensive control systems. radores actuales) la potencia que se produce es próxima a la potencia nominal pero de menor valor (tramo curvo Conversely, the main advantage of the variable pitch system is descendente de la curva de potencia). En este tramo el that it captures on the order of 10-15 % more energy with no aerogenerador funciona a carga parcial. need for tip brakes. The main features of the power curve for fixed pitch turbines Control por cambio de paso de la pala (pitch control o paso variable) are listed below. En contraposición a la anterior, en un aerogenerador con ––1. At under the start-up speed (3-4 m/s for today’s wind control de potencia de paso de pala variable, o pitch control, la turbines) and over the shut-off speed, power output is curva de potencia es la que se adjunta, con los siguientes puntos zero; i.e., the turbine does not generate electricity either significativos: when wind speed is too low or when overly strong winds might compromise safe operation. Carga parcial Carga parcial Partial load Partial load ––2. At over the start-up speed and up to the rated speed 600 (around 12-14 m/s for today’s turbines), which is the speed

r at which the turbine reaches its design rated output, the we 500

Po power generated is directly proportional to the incident 400 wind speed (upward arm of the power curve). In this 300 segment, the wind turbine operates at partial load. ––3. At over the rated speed and up to the shut-off speed tencia (kW) / 200

Po (approximately 25 m/s in today’s turbines), the power 100 generated reaches nearly the rated value (downward arm on the power curve). In this segment, the wind turbine 0V5 10 15 20 25 elocidad del viento (m/s) operates at full load. Wind speed Velocidad de arranque Velocidad nominal Velocidad de parada Pitch control or variable pitch Start-up speed Rated speed Shut-o speed In variable pitch or pitch control wind turbines, in turn, the Fig. 5. Curva de Potencia con control de pala fijo power curve is as shown opposite. The most salient features Fig. 5. Power curve for a wind turbine with stall control include the following.

162 163 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

––1. Por debajo de la velocidad de arranque (3-4 m/s para los ––1. At under the start-up speed (3-4 m/s for today’s wind aerogeneradores actuales) y por encima de la velocidad turbines) and over the shut-off speed, power production de parada la producción de potencia es nula, es decir el is nil; i.e., the turbine does not generate electricity either aerogenerador no funciona bien porque no hay viento when wind speed is too low or when overly strong winds suficiente o bien porque el viento es tan elevado que might compromise safe operation. podría llevar al aerogenerador a condiciones inseguras de ––2. At over the start-up speed and up to the rated speed funcionamiento. (around 12-14 m/s for today’s turbines), which is the speed ––2. Una vez superada la velocidad de arranque se comienza at which the turbine reaches its design rated output, the a generar potencia de forma directamente proporcional a power generated is directly proportional to the incident la velocidad del viento incidente hasta que se alcanza la wind speed (upward arm of the power curve). velocidad nominal (próxima a 12-14 m/s para los aero- ––3. At over the rated speed and up to the shut-off speed generadores actuales) que es aquella a la que el aerogene- (about 25 m/s in today’s turbines), the power generated rador produce la potencia nominal de diseño (tramo curvo is the rated power, as inferred by the flat segment on the ascendente de la curva de potencia) power curve. ––3. Por encima de la velocidad nominal y hasta la velocidad de Today nearly all commercial wind turbines are fitted with active parada (en torno a los 25 m/s aproximadamente para los blade pitch control, although machines of both types are still aerogeneradores actuales) la potencia que se produce es la operating in some wind farms. nominal, como se deduce del tramo recto y horizontal de la curva de potencia. Carga parcial Plena carga - Carga nominal En la actualidad, prácticamente la totalidad de los aerogene- Partial load Full load - Rated load radores modernos actualmente en desarrollo comercial llevan 3 000 r incorporada la solución de control activo mediante el pitch de we 2 500 la pala, aunque todavía se encuentran en parques eólicos en Po 2 000 funcionamiento ejemplos de ambos tipos. 1 500

tencia (kW) / 1 000

3. Variaciones Temporales del Viento Po 500 La velocidad del viento no es uniforme en el espacio ni constante en el tiempo, tal y como demuestran los siguientes regis- 0 5 10 15 20 25 Velocidad del tros temporales de su velocidad (fig. 7). viento (m/s) Wind speed En efecto, el viento presenta variabilidad temporal tanto de Velocidad de arranque Velocidad nominal Velocidad de parada corto periodo (horaria, diaria, mensual y estacional) como de Start-up speed Rated speed Shut-o speed largo periodo (interanual). Las variaciones que se producen en la velocidad media del Fig. 6. Curva de Potencia en un aerogenerador con control de potencia de paso de pala variable o pitch control viento de un año a otro en un determinado lugar son relativa- Fig. 6. Power curve for a wind turbine with pitch control

164 165 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

mente pequeñas, aunque para determinar de manera fiable la 3. Variations in wind over time velocidad media del viento en una zona o región determinada Wind speed is neither even in space nor constant over time, as suele ser necesario hacer mediciones durante un periodo del the wind speed graphs reproduced in Figure 7 show. orden de 5 años. Wind speed varies both in the short (hourly, daily, monthly, Cuando las escalas de tiempo son más pequeñas que las seasonally) and in the long (multi-yearly) run. anuales, las variaciones en la velocidad del viento se hacen más impredecibles. A pesar de ello, suelen encontrarse variaciones The variations in mean wind speed from one year to the next cíclicas con un periodo de un día, como ocurre en los vientos are fairly small, although measurements must be taken over a locales de origen de gradientes térmicos y a las características period of around 5 years to reliably determine the mean in a topográficas del terreno. Es posible también hacer una estima- given area or region. ción de la intensidad y dirección del viento en un cierto lugar At time scales of less than a year, variations in wind speed are y para un intervalo de varios días si se estudia la evolución less predictable. That notwithstanding, daily cyclical variations de una borrasca o de un anticiclón, ya que están asociados a can be identified, such as observed in local winds induced by fenómenos que ocurren en escalas espaciales grandes y que thermal gradients or topography. Wind intensity and direction dan lugar a variaciones temporales en periodos del orden de can also be estimated for a given site and a period of several unos pocos días. days by studying the development of high or low pressure areas Por último, el carácter turbulento del flujo en la atmósfera hace associated with events taking place over large spatial scales that que en periodos de tiempo del orden de un minuto el valor give rise to variations over periods of that duration. de la velocidad del viento fluctúe de manera impredecible y Lastly, due to the turbulence that characterises atmospheric aparentemente aleatoria. flows, wind speed fluctuates unpredictably and apparently En la figura 7 se muestra el espectro de cómo se distribuye randomly from minute to minute. la energía cinética del viento para las distintas frecuencias: macroescala (desde un día a un mes), mesoscala (desde una 15 días / 15 days 1 hora / 1 hour hora a un día) y microescala (desde unos pocos minutos hasta un día). Hacia la derecha del pico de alrededor de un minuto están las escalas que contienen la energía cinética de la turbulencia. A la izquierda de la figura se puede apreciar un máximo 2 días / 2 days 10 minutos / 10 minutes poco pronunciado que refleja las variaciones diarias y otro mucho más importante, en torno a los 4 días, que refleja variaciones debidas al paso de anticiclones o borrascas.

100 días / 100 days 8 horas / 8 hours

Fig. 7. Registros temporales de viento (derecha) Fig. 7. Wind speed graph (right)

164 165 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Frecuencia por espectro de energía (m2/s2) Frequency by energy spectrum Alta velocidad Alta velocidad High speed High speed 6 5 4 3 2 1 Turbulencia Turbulencia 100 10 5 2 1 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005 0,001 Turbulence Turbulence Horas por ciclo / Hours per cycle Fig. 9. Turbulencia producida por obstáculos abruptos y suaves Fig. 9. Turbulence caused by steeply and gently sloping obstacles Fig. 8. Frecuencia x espectro de energía (m/s2) Fig. 8. Frecuency vs energy spectrum (m/s2) Alta velocidad High speed

4. Variaciones Espaciales del Viento 4.1 Perturbaciones por elevaciones del terreno A la hora de caracterizar el viento de un emplazamiento, es preciso naturalmente cuantificar el efecto sobre el flujo de aire Fig. 10. Influencia de un obstáculo de pendientes abruptas de eventuales obstáculos del terreno. Elevaciones, colinas y Fig. 10. Effect of a steeply sloping obstacle otros accidentes de este tipo podrían producir una aceleración si son de forma y pendientes suaves o, por el contrario, podrían producir efectos de reducción del flujo si se tratara de crestas Alta velocidad High speed o bordes agudos, tal y como se muestra en las figuras 9 a 12.

4.2 Perturbaciones por la existencia de obstáculos De igual modo, los efectos en el flujo de aire de obstáculos del terreno tipo edificaciones, arbolado, etc, se caracterizan por Fig. 11. Influencia de un obstáculo de pendientes suaves introducir una disminución de la velocidad de viento y un incre- Fig. 11. Effect of a gently sloping obstacle mento de turbulencia en la región de resguardo detrás de los mismos, que merecen ser tenidos en cuenta en la caracteriza- Alta velocidad ción del potencial eólico, pues además la extensión espacial de High speed la perturbación es muy relevante, tal y como muestra, a modo de ejemplo, la figura 13. Obsérvese que, la zona de turbulencias aguas abajo del obstáculo, tiene una longitud en el entorno de Fig. 12. Influencia de un obstáculo en forma de cresta veinte veces la altura del mismo. Fig. 12. Effect of a sharply ridged obstacle

166 167 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

Figure 8 shows how kinetic wind energy is distributed on the macroscale (from one day to one month), mesoscale (from one hour to one day) and microscale (from a few minutes to one day). The scales for turbulence-induced kinetic energy lie at the right of the peak appearing at around one minute. The low intensity

Región de flujo peak towards the left of the graph indicates daily variations de alta turbulencia 2 H and the larger peak, appearing at around four days, shows the H Region of highly turbulent ow variations due to the presence of high or low pressure areas.

2 H 20 H 4. Spatial Variations in Wind Fig. 13. Obstáculo a causa de un edificio o un árbol alto Fig. 13 Obstruction of the wind by a building or tree of height (H) 4.1 Disturbance due to high ground When characterising the wind at a given site, the effect on the 5. Selección de Emplazamientos air flow of possible obstacles in the surrounds must logically be quantified. Gently sloped high ground, hills and similar may A la hora de seleccionar emplazamientos de ser susceptibles induce acceleration, whereas cliffs or sharp ridges may reduce para desarrollar un proyecto eólico, el objetivo más importante the flow, as shown in Figures 9-12. será indefectiblemente el maximizar la captación de energía, reduciendo así el coste de producción (€/kWh). 4.2 Obstacle-induced disturbance Indudablemente, los emplazamientos óptimos deberán selec- Analogously, buildings and trees reduce wind speed and raise cionarse prestando atención a que cuentan con las siguientes leeward turbulence, effects that must be borne in mind when características: characterising wind power, for the area impacted by the disturbance is fairly large, as Figure 13 shows. Note that the length ––Elevada velocidad media. El emplazamiento además of the area affected downstream of the obstacle is around deberá estar situado en un terreno con buena exposición y twenty times the height of the obstacle. sin obstáculos al viento.

––Aceptables variaciones de la velocidad media, tanto diurnas 5. Site selection como estacionales. When selecting a site for a wind project, the obvious primary ––Aceptables niveles de turbulencia y vientos extremos ya aim is to maximise the capture of energy to reduce generating que afectan a la integridad estructural del aerogenerador y costs (€/kWh). por tanto a la vida útil del mismo. Optimal sites must, then, be chosen based on the existence of: En general, los lugares que a priori son susceptibles de tener altas velocidades de viento son llanuras elevadas a gran altitud, ––high mean speed and location in an obstacle-free area with pasos entre montañas en áreas de altos gradientes de presión, good wind exposure largos valles descendiendo de cadenas montañosas de impor- ––acceptable daily and seasonal variations in mean speed

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168 169 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

(pag. anterior / opposite page) (arriba / above) Fig. 14. Atlas Eólico Europeo (creado por RISO con el programa WASP) Fig. 15. Atlas eólico de España, zonificación ambiental marina Fig. 14. European Wind Atlas (created by Risø with WAsP software) Fig. 15. Wind atlas of Spain, offshore environmental zoning

168 169 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

tancia, cimas de montaña con buena exposición en áreas de ––acceptable levels of turbulence and extreme winds able to fuertes vientos zonas costeras bien expuestas a fuertes vientos affect the structural integrity and hence the service life of de altura o gradientes térmicos y algunos otros. the wind turbine. En el caso habitual, en un punto inicial del desarrollo eólico, As a rule the sites where high wind speeds may initially be en el que no se tengan medidas de viento en el emplazamiento expected include high plains, mountain passes with high se podrá hacer una búsqueda en mapas eólicos editados por pressure gradients, long valleys sloping downward from high diversos Organismo Oficiales o empresas, con el objeto de mountain ranges, mountain summits exposed to strong winds comprobar si el emplazamiento se encuentra en zonas de and coastal areas exposed to thermal gradients or strong winds potencial eólico aprovechable (velocidades medias a la altura at high altitudes. de buje > 6 m/s). Ejemplos de estos planos a nivel europeo y español se incluyen en la página anterior (figs. 14 y 15). Normally, when initiating the design of a wind farm at a site for which no wind measurements are available, wind La selección definitiva del emplazamiento eólico consistirá en maps published by public bodies or private companies can evaluar para cada una de las distintas alternativas posibles, al be consulted to verify whether the site is in an area with menos las siguientes características técnicas: harnessable wind power (mean hub-height speeds > 6 m/s). A ––1. Recurso Eólico: si no se dispone de datos de viento en el few examples of such maps for Europe are shown on the page emplazamiento se procederá a realizar una búsqueda datos opposite (Figs 14 and 15). de viento eólicos oficiales –mapas, atlas eólicos o estaciones climatológicas– o adquisición de datos virtuales. Una serie de datos virtuales se trata de una serie de velo- Ultimately, the choice of a site for a wind farm calls for cidades y direcciones a largo plazo generada mediante assessing at least the following technical characteristics. modelos físicos climatológicos a partir de bases de datos ––1. Wind resource: if no wind data are available for the site, de satélites fundamentalmente. El error o desviación en la official sources should be consulted (maps, wind atlases predicción de la velocidad del viento suele oscilar entre el or weather station records) or virtual data should be 10 y el 20%, por lo que, aunque no puede utilizarse para acquired. A virtual data series is a long-term series of una evaluación rigurosa, sí puede dar una buena idea para wind speeds and directions obtained with climate models una evaluación preliminar de emplazamientos. based primarily on satellite data. As the error or devia- ––2. Orografía: se analizará el tipo de pendiente que presenta el tion associated with such wind speed predictions generally terreno. Orografías simples implican terreno llano y faci- ranges from 10 to 20 %, they cannot be used for rigorous lidad constructiva de la obra civil. En cambio si el terreno assessments, although they do afford an overview suffi- es muy complejo presentará pendientes muy acusadas y el cient for preliminary site analysis. diseño de la obra civil podría incluso ser inviable desde un punto de vista constructivo. ––2. Lay of the land: the slopes in the surrounding terrain must be analysed. Easy terrains are essentially flat and pose no ––3. Tipo de terreno: en donde se estudiará la Geología del particular problems for civil construction. In contrast, lugar para establecer si la consistencia es blanda o dura complex terrains are characterised by very high slopes (roca) y el tipo de cimentación que requerirá el aerogene- which may preclude construction altogether. rador a priori.

170 171 VIII. CARACTERIZACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO • CHARACTERISATION OF WIND POTENCIAL

––4. Vegetación, es decir la rugosidad: consiste en deter- ––3.Type of soil: site geology must be studied to determine the minar y analizar el tipo de vegetación que existe en el soft or hard (rock) consistency of the soil and the type of emplazamiento. wind turbine foundations needed. ––5. Interconexión eléctrica: se estudia la distancia a la subesta- ––4. Plant life, i.e., roughness: the type of plant life at and ción o línea eléctrica interconexión con la red. around the site must be analysed. ––6. Accesibilidad: se analizan las características y estado de ––5. Grid connection: the distance to the nearest grid substation carreteras de acceso. or electric line must be determined. ––7. Medio ambiente: se averigua si el emplazamiento está ––6. Accessibility: the characteristics and condition of the excluido de lista de espacios naturales protegidos. access roads must be analysed. ––8. Estimación previa de la potencia bruta en base a la super- ––7. Environment: the site must not form part of a protected ficie disponible y al viento con el que se puede contar a natural area. priori. ––8. Preliminary gross power: an estimate must be drafted Emplazamientos con orografía abrupta, tipo de terreno rocoso based on the area available and the wind expected a priori. y punto de interconexión distante incrementan sustancialmente Sites with cliffs and sharp ridges, rocky soil and a remote los costes de inversión y puede hacer inviable el proyecto. De grid connection raise investment costs substantially, to the igual forma, emplazamientos protegidos desde el punto de vista point of rendering projects non-viable. Similarly, sites with ambiental son incompatibles para usos eólicos por lo que habrá environmental protection are incompatible with wind farm que evitarlos. construction and must be avoided. Si la valoración es positiva se pasará a la siguiente fase, en la When the assessment shows a site to be viable, the following que ya se instalará una estación de medición del recurso eólico stage is undertaken, in which a wind station is installed to durante un periodo de tiempo en todo caso superior a un año y, measure the resource for minimally more than one year and preferiblemente, de 3 a 5 años. preferably from 3 to 5.

170 171 172 173 IX. RECURSO EÓLICO: MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DATOS • WIND RESOURCE MEASUREMENT AND DATA PROCESSING CONSUELO ALONSO

1. Caracterización del Viento 1. Characterising the Wind El recurso eólico se caracteriza por las siguientes variables: The wind resource is characterised by the following variables: ––velocidad: valores medios, máximos, mínimos y su varia- ––speed: mean, maximum and minimum values and seasonal ción temporal variations ––dirección: rosa de los vientos ––direction: wind rose ––rugosidad ––roughness ––cizalladura, o variación de la velocidad con la altura ––shear or variation in speed with height ––densidad del aire ––air density ––turbulencia o variabilidad de la velocidad del viento ––turbulence or variability in wind speed ––rafagosidad, o valores máximos. ––gustiness or maximum values. Todo proyecto de parque eólico comienza con la estimación del recurso eólico en el emplazamiento para lo cual hay que Wind farm projects typically begin with an estimate of the realizar una campaña de medición utilizando una estación wind resource at the chosen site, which entails conducting a anemométrica. Dicha estación se encargará de registrar la measuring campaign. Such campaigns involve the use of a wind serie temporal de datos de velocidad y dirección de viento a station to record time series data on wind speed and direction diferentes alturas sobre el nivel del suelo durante un periodo at different heights over several years to define seasonal and plurianual con el objeto de obtener la variación estacional y yearly wind variations (wind cycles). Once the time series is in anual del viento (ciclos del viento). Una vez que se dispone de place, the wind resource can be characterised by studying the dicha serie temporal se estará ya en disposición de caracterizar aforementioned variables. el recurso eólico mediante el estudio de las variables anteriormente referidas. 2. Wind station 2. Estación Anemométrica This facility, which measures and records the wind vector, Es el equipo que se encarga de medir y registrar el vector viento consists in the following elements. y está formada por los siguientes equipos: The steel or concrete mast to which the anemometers and ––Torre: fabricada en estructura metálica o de hormigón wind vanes are attached at different heights should be as tall sobre la misma se instalan a distintas alturas los anemó- (or at least 2/3 as tall, to save on costs) as the wind turbine metros y las veletas. La altura de la torre debe ser la altura hub (height from the ground to the centre of the rotor).

172 173 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

del buje del aerogenerador (altura desde el suelo hasta el centro del rotor) y en su defecto se recomienda que al menos sea 2/3 de la altura del buje del mismo (de cara a ahorrar costes) Anemómetros o sensores que miden la velocidad del viento. Normalmente se instalan varios anemómetros a varias alturas con el objeto de registrar el perfil de variación del viento con la altura.

Veletas o sensores que miden la dirección del viento. Igual- mente se instala más de una de cara a evitar la pérdida de datos en caso de que una de ellas se averíe.

Termómetro para medir la temperatura y en base a ella la densidad del aire.

Barómetro para medir presión y en base a ella la densidad del aire.

Logger o instrumento que registra y almacena los datos recogidos por los sensores.

Otros como son: pararrayos, placa solar para alimentar de energía el logger, soportes, cables, puesta a tierra, cimenta- ción torre, sistema de telemetría (a través de GSM se hace un Fig. 1. Estación anemómetrica Fig. 1. Anenometric station envío remoto de datos de viento) etc. 2.1 Torres y sus tipos Las torres para medición de viento, de acuerdo a su estructura pueden ser tubulares o de celosía. Además se pueden instalar arriostradas (con cables atirantados que partiendo de diferentes alturas de la torres sustentan la torre y la anclan en el suelo) o autoportantes. Generalmente, las torres arriostradas son más económicas que las autoportantes, aunque hay ocasiones –problemas de vandalismo, por ejemplo– en las que es preciso recurrir a este tipo de torres. 2.2 Anemómetros La velocidad del viento se mide a través de un anemómetro. Existen diversos tipos de anemómetros pero los más utilizados Fig. 2. a) veleta; b) anemómetro; c) barómetro; d) termómetro para la medición del viento son: Fig. 2. a) wind vane; b) anemometer; c) barometer; d) thermometer

174 175 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

Anemometers measure wind speed. Several of these sensors are normally installed at different heights to determine the variation in wind speed with height. Wind vanes are sensors that measure the direction of the wind, several of which are installed to ensure that no data are lost in the event one should fail. A thermometer measures the temperature form which it calculates the air density. A barometer measures the atmospheric pressure from which it calculates the air density. A logger records and stores all the data collected by the sensors. Stations are also fitted with other elements such as lightning rods, a solar panel to power the logger, supports, cables, earthing, tower foundations and a telemetric system (using GSM to relay wind data). 2.1 Masts Both lattice and tubular (CHS) wind masts are used. They Torre celosía arriostrada Torre tubular arriostrada Torre celosía autosoportada may be self-supporting or stayed with cables anchored to Fig. 3.Cable-stayed Torre celosía. lattice masarriostrada.t Cable-stayed Torre tubularCHS mast arriostrada.Self-supporting Torre lattice celosía mast autosoportada. the ground. Generally speaking, cable-stayed towers are less Fig. 3. Cable-stayed lattice mast. Cable-stayed CHS mast. Self-supporting costly than their self-supporting counterparts, although on lattice mast. occasion (to prevent vandalism, for instance) the latter type are recommended. 1. Anemómetro de cazoletas: poseen 3 o 4 cazoletas montadas simétricamente alrededor de un eje vertical. La velocidad de 2.2 Anemometers rotación es proporcional a la velocidad del viento incidente. Of the various types of anemometers available, the ones most 2. Anemómetro de hélice: consiste en una hélice montada commonly used are as follows. sobre un eje horizontal. Las características de respuesta de 1. Cup anemometers have three or four cups symmetrically este tipo de anemómetro cuando el viento no es perpendi- mounted around a vertical shaft. Their speed of rotation is cular al plano de rotación son relativamente bajas, por lo que proportional to the incident wind speed. son menos adecuados que los de cazoletas. 2. Vane anemometers consist in a helicoid propeller or 3. Anemómetros ultrasónicos: miden la componente hori- fan-like device mounted on a horizontal shaft. This type of zontal de la velocidad del viento y de la dirección del viento. instrument is less optimal than cup anemometers because Requieren una conexión a la red eléctrica debido a su alto when the wind is not perpendicular to the plane of rotation, consumo. A día de hoy no están acreditados por la red performance is relatively low.

174 175 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

MEASNET (red internacional de medición del sector eólico) 3. Ultrasonic anemometers measure the horizontal component por lo que nos e utilizan para la medición del recurso eólico of wind speed as well as wind direction. They must be de un emplazamiento en fase de exploración. Sin embargo si connected to the electricity grid to meet their high power se utilizan en la monitorización del viento de parques eólicos needs. Inasmuch as they have not at this writing been approved ya que van incorporados en la góndola de los aerogenera- by MEASNET (International Network for Harmonised and dores en tierra o en el mar. Recognised Measurements in Wind Energy), they are not used to measure the wind resource at sites in the exploration phase. They are, however, built into the nacelle in land or sea wind 2.3 Otros sensores para medir el viento turbines to monitor the wind in wind farms. Además de los anemómetros, pueden utilizarse algunos otros 2.3 Other wind measurement sensors sensores y sistemas para medir el viento. Ejemplos de dos de ellos que, todavía en fase de desarrollo tecnológico, son los The wind may be measured with sensors and systems other siguientes: than anemometers. Examples of two still under development follow. SODAR (Sonic Detection and Ranging), se usa para medir la velo- A SODAR (sonic detection and ranging) is an instrument cidad del viento a varias alturas sobre el terreno. El aparato that measures wind speed at several heights off the ground. emite un haz de ondas sónicas, que rebota en la corriente It emits a beam of sonic waves that is deflected as it bounces de aire y se desvía; esta onda desviada es recogida por el off the air stream; this deflection is detected by the system detector del sistema, y un software analiza las desviaciones and analysed by its software to compute the characteristics y deduce las características del viento en esa capa (velocidad of the wind (speed and direction) in each layer. y dirección) A LIDAR (light detection and ranging) is a laser-based device that detects wind speed and direction from the delay in the LIDAR: La tecnología LIDAR (Light Detection And Ranging) reflection of the laser beam off the aerosols present in the está basada en el uso del láser y detecta la velocidad y direc- air (Doppler effect). ción del viento basándose en el retraso temporal del haz de láser reflejado por aerosoles presentes en el aire (se fundamenta en el efecto doppler).

Ambos sistemas resultan muy útiles como apoyo para conocer perfiles de variación del viento y siempre se instalan conjunta- mente con una torre de medición del viento cuyas mediciones sirvan para calibrarlos. 2.4 Veleta La dirección del viento se determina normalmente con una veleta, que consiste en un dispositivo montado sobre un eje vertical cuyo movimiento sigue el viento cuando este cambia de dirección.

176 177 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

2.5 Ubicación de sensores o instrumentos de medida del Both systems, particularly useful for establishing wind variation viento profiles, are always installed in conjunction with a wind mast La ubicación de los instrumentos debe realizarse de forma que for calibration against other measurements. el viento incida en ellos directamente, evitando que queden 2.4 Wind vanes apantallados por el mástil de la torre o entre ellos mismos. Wind direction is normally determined with wind vanes, Para ello se dispondrán una serie de brazos salientes de la torre devices mounted on a vertical shaft that changes direction with –con unas determinadas longitudes mìnimas en función del the wind. diámetro de la misma– sobre los que se ubicarán los sensores. Las veletas, por su parte, deberán orientarse al norte geográfico, 2.5 Wind measurement sensor/instrument positioning teniendo en cuenta la declinación magnética del emplazamiento Instruments should be positioned in a manner such that the wind strikes them directly, unobstructed by the mast or other sensors. To that end the sensors are mounted on arms attached 3. Campaña de Medición en el Emplazamiento to the mast. The minimum arm length depends on the mast La serie temporal de datos que registra la estación está formada diameter. por valores medios de: Vanes, in turn, should be oriented to the geographic north, –– velocidad media (a varias alturas de medición) bearing in mind the magnetic declination at the site. –– desviación estándar de la velocidad media, –– dirección de viento (a varias alturas de medición) –– temperatura y/o presión Los registros de datos tiene una frecuencia de 10 minutos. Cada registro diezminutal está formado por un valor medio de datos instantáneos que se toman cada segundo. El periodo de medición será el más largo posible, y de al menos 1 año para recoger así las variaciones estacionales, y de ser posible, se comparan y/o correlacionan las medidas con una torre de medición próxima que tenga medidas a largo plazo (más de 5 años preferiblemente).

(pág. anterior / opposite page)

Fig. 4. Anemómetro de cazoletas de la marca Thies. Anemómetro de hélice de la marca Young. Anemómetro ultrasónico Fig. 4. Thies anemometer. Young vane anemometer. Ultrasonic anemometer Fig. 5. SODAR (arriba). LIDAR fabricado por la empresa Leosphere (abajo) Fig. 5. SODAR (above). LIDAR by Leosphere (below)

176 177 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

4. Evaluación del Recurso Eólico 3. Site Measurement Campaign Una vez registrada la serie temporal de datos de velocidad y The time series data recorded by the station include informa- dirección de viento durante un perido de tiempo comienza tion on the following parameters: la etapa de evaluación del recurso eólico. Esta etapa consiste –– mean wind speed (at various heights) en un análisis estadístico descriptivo de la serie registrada, que –– standard deviation of wind speed incluirá al menos el estudio de los siguientes parámetros: –– wind direction (at various heights) 1. valor medio anual de la velocidad –– mean temperature, mean pressure or both. 2. rosas de los vientos Data are logged every 10 minutes. Each 10-minute value is the 3. distribuciones de probablidad del viento mean of the data logged second-by-second. 4. valores medios de temperatura y presión 5. variación del viento con la altura The measuring period should last for as long as possible and at 6. turbulencia least a full year to collect seasonal variations and compare and correlate the measurements with data from a nearby mast with 7. rafagosidad a longer time series (preferably over 5 years). En todo caso, y antes de nada, la primera labor importante será revisar la calidad de los datos registrados con el objeto de 4. Wind Resource Assessment detectar intervalos temporales de posibles datos anómalos, que bien pueden deberse a averías o a otro tipo de incidencias en The wind resource is assessed from the time series of wind los sensores. speed and direction data collected as described above. In this stage a descriptive statistical analysis of the series is conducted, covering at least the following parameters:

10 1. yearly mean wind speed 9 2. wind roses 3. frequency distributions for the wind 8 7.7 7.2 6.9 7.2 7.1 6.8 6.8 6.7 4. mean temperature and pressure 7 6.4 5.9 5. Variation in wind with height 6 5.4 5.2 6. turbulence 5 7. gustiness. 4 3 The first essential task consists in reviewing the quality of 2 the data recorded to detect time intervals with anomalous 1 Velocidad de viento (m/s) / Wind speed information, possibly due to sensor failure or other instru- 0 l y

e e mental incidents. h o o ry yo lio uly ni o pril une J J Ma osto Ju A ugust Abri Ju brer Ma nua ry Enero Marc A Marz vember ebrua Ag October Ja 4.1 Mean speed Fe viembr Octubr eptember F ptiembre December No S Diciembre Se No Yearly mean wind speed is the primary indicator of the wind Fig. 6. Variación anual de la velocidad media mensual de un emplazamiento resource available at a site. The monthly variation in that value Fig. 6. Yearly variation in wind speecat a site: monthly means determines wind resource seasonality.

178 179 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

4.1 Velocidad media 4.2 Wind roses La velocidad media anual del viento es el principal indicador The orientation of wind turbines in a wind farm depends del recurso eólico disponible en el emplazamiento. La varia- on the prevailing wind. The graph most commonly used to ción mensual de dicho valor determinará la estacionalidad del represent the distribution of wind directions is the so-called recurso eólico: frequency wind rose, which shows the percentage of time (or frequency) that the wind blows from a given direction at the 4.2 Rosas de los Vientos chosen site. Para definir la orientación de los aerogeneradores del parque Speed wind roses (showing the yearly mean speed by wind eólico en el terreno es necesario conocer las direcciones direction) and energy density roses or frequency distribution predominantes del viento. La representación más utilizada de of the energy density (in W/m2 or %) by direction are also very la distribución direccional del viento es la llamada rosa de los useful instruments. As the latter type of rose takes account of vientos de frecuencia del emplazamiento, en la que se repre- frequency as well as speed in each sector, it is the graph best senta el porcentaje del tiempo (o frecuencia) en el que el viento suited for establishing wind turbine orientation in a wind farm. proviene de una determinada dirección espacial). Tambien resultan de interés las rosas de viento de velocidad 4.3 Wind frequency distributions (que proporcionan la distribución direccional de la velocidad Analytical distribution of wind speed: Weibull distribution The frequency distribution for wind speed is computed from N the speed data collected by anemometers. It specifies the NNW NNE frequency with which the wind blows at a speed within a given interval (from 5 to 6 m/s, for instance) and can be represented NW NE as a histogram or bar graph or in a table.

WNW ENE The frequency distribution for the wind is not symmetrical, logically, for the likelihood of speeds lower than the mean is higher than the likelihood of speeds higher than that value. W E The analytical distribution or curve best suited to bar graph representation is known as the Weibull distribution, expressed 5 WSW ESE by the following equation: 10 P(v) = (k/c) (v/c)k-1 exp(-v/c)k SW SE 15 where P(v) is the statistical probability of the occurrence of a SSW SSE S given wind, c is the so-called scaling factor (unit = m/s; value ≈ the mean speed for the site) and k is what is known as the Fig. 7. Rosa de vientos de frecuencia (frecuencia del viento o tiempo en el form factor or Weibull shape parameter. Form factor values que sopla desde esa dirección normally vary between 1 and 2. A Weibull distribution in which Fig. 7. Frequency wind rose (wind frequency or time in which wind blows k=2 is termed a Rayleigh distribution. from the specified direction)

178 179 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

media anual) así como la rosa de energías o distribución direc- 2 cional de la densidad de energía (W/m o en %). Esta última 0.14 rosa tiene en cuanta para cada sector además de la frecuencia la velocidad, por lo que es la que resulta más adecuada para fijar la 0.12

orientación de los aerogeneradores de un parque eólico. quency 0.10 Fre 4.3 Distribuciones de Probabilidad del Viento 0.08

Distribución analítica de velocidad de viento: distribución de Weibull 0.06

La distribución de probabilidad de velocidades se obtiene a ecuencia / partir de las medidas de velocidad tomadas por el anemómetro Fr 0.04 y nos indica para cada intervalo de velocidad (por ejemplo, 0.02 entre 5 y 6 m/s), la frecuencia de tiempo en el que el viento 0 sopla con esa velocidad. Puede representarse de forma gráfica 024681012141618202224 –histograma o diagrama de barras– o en forma de tabla. Velocidad de viento (m/s) / Wind speed Lógicamente, la distribución de probabilidad del viento no es Fig. 9. Distribución de Weibull e histograma simétrica ya que la probabilidad de obtener menores veloci- Fig. 9. Weibull distribution and bar graph dades a la velociad media es más elevada que la probabilildad de obtener velocidades más altas a la media. Cumulative Weibull distribution function and the duration curve La distribucion analítica o curva que mejor se adapta al diagrama The cumulative Weibull distribution function expresses the de barras recibe el nombre de Distribución de Weibull y se likelihood of wind speeds (v) of over a given value (u): puede expresar mediante la formula: P(v) = (k/c) (v/c)k-1 exp(-v/c)k Multiplying the values delivered by that function times the number of hours in a year (8 760) yields the wind duration 0.20 curve, which shows the number of hours that wind speed

obability k = 2.8 exceeds the specified value. Pr 0.15 k = 2.4 k = 2.0 4.4 Variation in wind with height 0.10 k = 1.6 As described in the preceding chapter, wind speed at a given k = 1.2 site varies with height due to the friction between the air

Probabilidad / 0.05 and the ground. This is known as vertical wind shear. The power law profile is the empirical formula that simulates this 0 510 15 20 25 phenomenon most closely: Velocidad de viento (m/s) / Wind speed Fig. 8. Distribución de Rayleigh Fig. 8. Rayleigh distribution

180 181 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

En la misma P(v) representa la probabilidad estadística de que ocurra una determinada probabilidad de viento, c es el deno- P (u > v) minado parámetro de escala (unidades de m/s) –cuyo valor es 1 cercano a la velocidad media del emplazamiento– y k es del denominado factor de forma. Los valores de este factor de forma k varían normalmente entre 1 y 2. La distribución de 0.75 Weibull con factor de forma k = 2 recibe el nombre de distri- bución de Rayleigh. 0.5 Función de distribución acumulada de Weibull y curva de duración La función de distribución acumulada de Weibull expresa la 0.25 probabilidad de que existan velocidades de viento (v) superior es a una determinada (u): 0u510 (m/s)

Fig. 10. Distribución acumulada de Weibull Si se multiplican los valores proprocionados por dicha función Fig. 10. Cumulative Weibull distribution por el número de horas del año –8 760 horas– se obtiene la curva de duración del viento, que proporciona el número de where, v is wind speed in m/s at height h in m, v0 is wind speed horas que la velocidad del viento supera una valor determinado. in m/s at height h0 in m (both of which are known) and α is the shear factor or variation in the wind profile by height. The 4.4 Variación del viento con la altura values for α vary from 0.01 to 0.3 depending on terrain rough- Ya se ha visto en el capítulo anterior cómo la velocidad del ness (type of plant life), which determines friction. viento en un emplazamiento varia con la altura debido al rozamiento del aire en movimiento con la superficie terrestre. Este Hence, the time series of wind speeds recorded must be fenoméno se llama cortadura vertical del viento. La Ley poten- analysed to find the shear factor and consequently the power cial es la formula empirica que mejor se aproxima en la simula- law profile. ción de este fenomeno: 4.5 Turbulence Turbulence can be defined as the micro-scale variation of wind speed in time and space, i.e., for time intervals of no longer Donde, v es la velocidad del viento (en m/s) a la altura h (en m) than 10 minutes and distances of up to a few decameters. y v0 es la velociad del viento (en m/s) a la altura h0 (en m) (ambas conocidas) y α es el factor de cortadura o cizalladura Turbulence induces dynamic loads on wind turbine structures (o variación del perfil del viento con la altura). Los valores de that may shorten their service life, as well as changes in power α varian entre 0.01 y 0.3 dependiendo del la rugosidad o roza- output over short periods of time. For these reasons this miento con el terreno (tipo de vegetación). variable must be analysed in detail. Será preciso, por tanto, que a partir de la serie temporal de The parameter most commonly used to characterise turbulence datos de viento registrada se analice la variación del viento con is turbulence intensity, defined as the wind variability coeffi-

180 181 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

la altura, obteniéndose el factor de cortadura y, consecuente- cient, i.e., the standard deviation of instantaneous speed (σi) mente, la ley potencial. divided by measured speed (vi): I=σi/vi 4.5 Turbulencia Turbulence intensity is measured in per cent and computed La turbulencia se puede definir como la variación temporal y for 10-minute periods. Sites with turbulence intensities of over espacial de la velocidad del viento en el rango de la microes- 30 % are not recommended for power generation, for the cala es decir para variaciones temporales comprendidas en un shorter mean service life of wind turbines at such sites would rango máximo de 10 minutos y variaciones espaciales de hasta lower the return on wind farm investments. The suitability of a decenas de metros. wind turbine for a given level of turbulence and its service life La turbulencia es fuente de cargas dinámicas estructurales under the conditions specified are determined by the designer/ sobre el aerogenerador y por tanto puede disminuir la vida de manufacturer. diseño del mismo. Además produce cambios de la potencia International standard IEC61400-1 classifies turbulence suministrada en corto periodo de tiempo. Por estos motivos es intensity as in necesario analizar y estudiar esta variable. TABLE 1 / TABLA 1 Turbulence Intensity El parámetro más utizado para caracterizar la turbulencia es la Valores de Intensidad de Turbulencia intensidad de turbulencia definida como el coeficiente de varia- Wind turbine bilidad del viento es decir la desviación típica de la velocidad class I II III S instantánea (σ )dividida por la velocidad medida (v ): I=σ /v V m/s 50 42.5 37.5 i i i i Values La intensidad de turbulencia se mide en % y se calcula para A Iref (-) 0.16 specified by the periodos cortos de 10 minutos. Emplazamientos con intensi- B Iref (-) 0.14 dades de turbulencia superiores al 30% no son recomendables designer C Iref (-) 0.12 utilizar desde el punto de vista energetico ya que la vida media de los aerogeneradores del parque eólico disminuirá y, por Where: tanto, la rentabilidad del parque eólico será menor. El fabri- A: high turbulence intensity cante de la tecnología eólica será quién determine si su aeroge- B: medium turbulence intensity nerador está diseñado para soportar este nivel de turbulencia y C: low turbulence intensity cual será la vida media de su tecnología. S: special turbulence intensity La Norma internacional IEC61400-1 tabula la intensidad de Iref (-): characteristic turbulence intensity at a wind speed of 15 m/s. turbulencia en la Tabla 1. La figura 11 muestra la intensidad de turbulencia (clases A, B, The graph in Figure 11 plots mean turbulence intensity (classes C y especial) en función de la velocidad media del viento a la A, B and C) against mean hub-height wind speed. Donde, As a rule, sites with a complex terrain (steep slopes, obstacles A: categoría de intensidad de turbulencia alta or with wakes generated by wind turbines) are associated with B: categoría de intensidad de turbulencia media high levels of turbulence. In such cases, the profile for wind C: categoría de intensidad de turbulencia baja speed variation with height is impacted by turbulence, with a S: intensidad de turbulencia especial vertical shift in the amount of air flow. The result is that the Iref (-): valor característico de la intensidad de turbulencia a una velocidad de 15 m/s variation in speed with height tends to be less pronounced.

182 183 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

altura de buje del aerogenerador. En general, emplazamientos de orografia compleja –con fuertes pendientes, obstáculos o con presencia de estelas de aeroge- 80 IT_61400-1 (ed03)_A% IT_61400-1 (ed03)_B% neradores– suelen estar asociados a la existencia de niveles de IT_61400-1 (ed03)_C% ean turbulenc e

turbulencia altos. En estos casos, el perfil de variación del viento M 60 con la altura está infuenciado por la turbulencia y existirá conse- Zona de turbulencia superior a la definida cuentemente un transporte vertical de cantidad de movimiento, en el estándar internacional IEC 61400-1 40 Turbulence values in excess of levels de ned lo que dará lugar a que el perfil de variacion del viento con la in international standard IEC 61400-1 altura tienda a ser menos importante o acusado. 4.6 Rafagosidad 20 rbulencia media (%) /

Este parámetro tiene en cuenta los valores máximos de viento Tu –rachas o picos de viento– que implican variaciones bruscas de 012435687910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 esfuerzos dinámicos estructurales. Se caracteriza a través del Velocidad (m/s) / Speed Factor de Rafagosidad que se define como el cociente entre la velo- Fig. 11. Intensidad de turbulencia cidad máxima registrada vmax en el periodo de tiempo conside- Fig. 11. Turbulence intensity rado, normalmente de una hora, y la velocidad media (v).

FR = vvmax 4.6 Gustiness 4.7 Temperatura y Presión This parameter specifies maximum wind speeds, i.e., gusts or peak speeds, which induce abrupt variations in dynamic forces Resulta necesario conocer la temperatura y presión medias del on wind turbine structures. emplazamiento pues estos parámetros físicos influyen en el valor de la densidad del aire. Este último valor, recordemos, It is characterised by the gustiness factor, defined as the v intervendrá en el cálculo de la potencia eólica aprovechable. quotient between the highest speed recorded ( max) in the interval at issue, normally one hour, and the mean speed (v). Dichos valores se obtendrán a partir de los valores instánta- neos registrados por el termométro y el barómetro. En caso FR = vvmax de no disponer de estas medidas, se podría estimar la tempe- 4.7 Temperature and pressure ratura medía a partir de la temperatura media disponible en un emplazamiento cercano utilizando, por ejemplo, una ley de The mean temperature and pressure at the site must be variaciónes de la temperatura con la altitud. ascertained, for these parameters affect air density which, as noted earlier, is one of the variables considered to calculate harnessable wind power. 5. Estimación de la Energía Eléctrica Producida Temperature and pressure values are taken from instantaneous 5.1 Método estático thermometer and barometer readings. Where such data are Por un lado la curva de probabilidad de velocidades de viento not available, mean temperature can be calculated from the proporciona la probabilidad de ocurrencia o el porcentaje values available at a nearby site using the power law profile for estimado de tiempo en que ocurre cada intervalo de velocidad. temperature variation with height.

182 183 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Por otro, la curva de potencia de un aerogenerador suministra 5. Estimating Electric Power Output para cada velocidad la potencia suministrada. De la considera- 5.1 Static method ción de ambas se obtiene la curva de probabilidad de ocurrencia de cada intervalo de potencia cuya integral proporciona la On the one hand, the wind speed frequency curve gives the producción energética estimada para el periodo considerado. likelihood of occurrence or the estimated percentage of time that the wind blows at the speeds within each interval. On the Una forma muy usual de indicar dicha producción energé- other, the wind turbine power curve shows the power delivered tica es mediante el factor de capacidad, que suele expresarse at each speed. Combining the two yields the probability curve en tanto por ciento, y que se define como el cociente entre la for each power interval. The power output estimate for the energía media anual producida y el producto de la potencia period considered is the integral of the area under that curve. nominal de parque eólico por el número de horas de un año, One very common power output indicator is the capacity es decir, 8 760. Ek()Wh factor, usually expressed in per cent and defined as the quotient FC = between actual yearly mean output and the product of the Pkn ()W8⋅ 760 h wind farm’s rated hourly output times the number of hours in Otro parámetro de interés, por su gran utilización, son las the year, 8 760. horas equivalentes (HE) del parque eólico: Ek()Wh FC = HE = FC· 8 760 h Pkn ()W8⋅ 760 h Que es equivalente a: Another very useful parameter is a wind farm’s equivalent hours (EH): HE = Energía (kWh)/Potencia parque eólico (kW)

5.2 Otros métodos avanzados ) P (kW) P (kW) Existen programas de cálculo, basados en modelos numé- Energía producida (kWh/año)

enerador Power output (kWh/year) ricos, que permiten realizar extrapolaciones tanto espaciales Pnominal como temporales a partir de datos de viento existentes en emplazamientos próximos y de acuerdo con la orografía del ve (wind turbine) emplazamiento. t (horas/año) Estos modelos están muy desarrollados y son más precisos v (m/s) t (hours/year) ow er cur a de potencia (aerog para emplazamientos llanos que para aquellos de topografía P varranque vnominal vdesconexión

Cu rv v (m/s) compleja como las zonas montañosas. vstart-up vrated vshut-o Los modelos permiten realizar extrapolaciones de datos existentes, tanto horizontal (en superficie del terreno) como verticalmente (en altura sobre el nivel del suelo), por lo que resultarán de gran ayuda para optimizar la ubicación de los aerogeneradores en un parque eólico. t (horas/año) t (hours/year) Fig. 12. Curva de probabilidad de velocidades de viento Curva de duración (emplazamiento) 8 760 Fig. 12. Wind speed frequency curve Duration curve (site)

184 185 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

Los programas resuelven las ecuaciones de movimientos de HE = FC· 8 760 h fluidos (Navier-Stokes) alrededor de una configuración más o which translates as follows: menos compleja. En efecto se trata de resolver las ecuaciones EH = energy (kWh)/wind farm capacity (kW) completas de Conservación de : ––masa 5.2 Other advanced methods ––cantidad de movimiento (3 ecuaciones) Numerical model software is available and can be used to ––energía extrapolate both time and spatial values from the wind data ––fracción másica de vapor de agua for nearby sites, bearing in mind the lay of the land in the Hay otros modelos más simplificados consistentes en resolver surrounds. la ecuación de conservación de la masa u otros que suponen Although these models are very highly developed, they are que la pendiente y la altura de los obstáculos es lo suficiente- more accurate for flat sites than for complex topographies mente pequeña para linealizar las ecuaciones. such as mountains. En general se utilizan programas comerciales entre los que se Both horizontal (at ground level) and vertical (above the destacan: ground) information can be extrapolated from existing data with these models, which are consequently very helpful for –– Modelos linealizados de flujo potencial optimal turbine siting in wind farms. WAsP, WindPRO, GH WindFarmer, WindFarm, OpenWind The software in question solves the Navier-Stokes equations –– Ecuaciones completas. CFD of motion for fluids in more or less complex configurations, FLUENT, CFX, PHOENICS, WindSim, Meteodyn WT including equations for the conservation of: El programa comercial más popular y extendido es WASP ya ––mass que en más del 90 % de los casos de simulación de parques ––motion (three equations) eólicos se utiliza por su sencillez y rapidez de cálculo. WAsP se ––energy basa en datos de viento medidos, de los que calcula la distri- ––the mass fraction of water vapour. bución de Weibull para cada sector de la rosa de los vientos. Después elabora lo que se denomina atlas eólico evaluando y Simplified models are in place, consisting in solving the equation eliminando los efectos sobre los datos medidos de la orografía, for the conservation of mass or assuming that the slope and rugosidad del terreno y obstáculos. El atlas eólico sería por obstacle height are small enough to use linear equations. tanto una representación del viento que se encuentra libre de Commercial software is commonly used, the most prominent los efectos del rozamiento con el suelo, asumiendo la hipótesis being: de que es constante para toda la zona de estudio. ––for linear potential flow models Para hacer un cálculo del viento en un punto distinto del que se WAsP, WindPRO, GH WindFarmer, WindFarm, OpenWind midieron los datos se realiza el proceso inverso: WAsP evalúa ––for full computational fluid dynamics (CFD) equations los efectos de la orografía, rugosidad del terreno y obstáculos FLUENT, CFX, PHOENICS, WindSim, Meteodyn WT para el punto de cálculo y perturba el atlas eólico con estos efectos para obtener la medida del viento en el lugar deseado. WAsP, the most popular commercial software for its simplicity Este proceso se representa esquemáticamente en la figura 13. and speed, is deployed in over 90 % of wind farm simulations.

184 185 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

WAsP is based on empirical wind data, from which it calculates ATLAS EÓLICO / WIND ATLAS the Weibull distribution for each wind rose sector. A wind atlas is subsequently constructed, in which the effects of the lay of the land, terrain roughness and obstacles are eliminated. A wind atlas, then, represents the wind free of the effects of friction with the ground, and assuming that it is constant Model para: across the entire area studied. Terreno montañoso The reverse process is followed to calculate the wind at a point Model for: Mountainous terrain other than where the data were measured: WAsP assesses the effects of the lay of the land, terrain roughness and obstacles Entrada: Curvas de nivel for the point at issue and creates the respective disturbance in Data entered: the wind atlas to obtain the wind measurement at the desired Elevation contours point. This process is illustrated in Figure 13.

Model para: Rugosidad del terreno Model for: Terrain roughness Entrada: Clasificación del terreno Data entered: Terrain classi cation

Model para: Obstáculos resguardantes Model for: Sheltering obstacles

Entrada: Posición y dimensiones Data entered: Position and dimensions

Datos de viento de Clima eólico en el estaciones meteorológicas emplazamiento Wind station data Wind climate at the site Fig. 13. Diagrama de bloques de funcionamiento del programa WAsP Entrada / Input Salida / Output Fig. 13. Block diagram for running WAsP software

186 187 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

6. Criterios Implantación Aerogeneradores 6. Criteria for installing wind turbines Una vez decidido el emplazamiento de un parque eólico, es Once the site for a wind farm is chosen, the exact location of preciso seleccionar la ubicación precisa de cada uno de los each wind turbine must be established. While no hard and fast aerogeneradores. En principio no hay reglas perfectamente rules are in place for this task, the aim is to find the areas with definidas a priori, sino que se tratará de encontrar las zonas the greatest wind power in the site, normally the ones with the de mayor potencial eólico del emplazamiento –que suelen highest altitude, bearing in mind the lay of the land and best coincidir con las de mayor altitud– siguiendo la orografía del practice, including the following. terreno, y contándose con las siguientes buenas prácticas: ––Wind turbines must be spaced at no less than three times ––Los aerogeneradores se distanciarán entre sí al menos 3 their diameter in a given alignment, which is normally veces el diámetro dentro de una misma alineación,que perpendicular to the direction of the prevailing wind. suele situarse perpendicularmente a la dirección domi- ––The distance between alignments should be as close as nante de energía. possible to ten, and no less than five to seven, times the ––La distancia entre alineaciones será los más próxima turbine diameter. posible a 10 veces el diámetro, adoptando un valor mínimo Compliance with these rules translates into the always desirable de 5-7 veces el mismo. reduction of wake-induced output losses, i.e., the interaction El cumplimiento de estas reglas llevará a la siempre deseable among wind turbines that slows the wind flow and renders it disminución de las pérdidas de producción por estela, inte- more turbulent both in adjacent and downstream turbines. racción de unos aerogeneradores con otros que provoca una deceleración del flujo de viento, además de convertirlo en turbulento, tanto en los aerogeneradores adyacentes como en Dirección dominante del viento (Energía: frecuencia y velocidad los que están detrás, según la dirección del viento incidente. Prevailing wind direction (Energy: frecuency and speed)

123

10 φ (>5-7 φ)

456 Fig. 14. Buenas prácticas implantación aerogeneradores Fig. 14. Criteria for installing wind turbines > 3 φ

186 187 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

7. Clasificación de un Aerogenerador Conforme 7. Wind Turbine Classification Further to Standard Norma Iec 61400-1 Iec 61400-1 La norma IEC61400-1 define la clase de viento de un aeroge- Standard IEC61400-1 defines a wind turbine’s wind class (I, II, nerador (I, II, III; IV y S) conforme a la Tabla 2, donde: III, IV and S) as shown in the Table 2.

vmax: es la máxima velocidad que se presenta en 50 años (valores prome- TABLA 2 / TABLE 2 diados en periodos de 10 minutos) Valores de Intensidad de Turbulencia urbulence ntensity vracha: es la máxima velocidad que se presenta en 50 años (valores prome- T I diados en periodos de 5 segundos) Class IEC I II III IV S vmedia: es la velocidad media anual del viento. vmax (m/s) 50 42.5 37.5 30 La clase de viento de un emplazamiento se determina de forma Diseños específicos más exacta con el estudio de la vref (velocidad de referencia a vgust (m/s) 70 59.5 52.5 42 la altura de buje), que se obtiene partiendo de la velocidad Specified design media a la altura de buje. La clase de viento en cada una de vmean (m/s) 10 8.5 7.5 6 las posiciones de los aerogeneradores tiene que ser estudiada y validada por el suministrador de la tecnología. Where:

De igual forma, recordemos que IEC 61400-1 define la clase vmax: maximum wind speed over a period of 50 years (averaged over 10 de turbulencia de acuerdo a la Tabla 3. minutes)

vgust: maximum wind gust over a period of 50 years (averaged over 5 TABLA 3 / TABLE 3 seconds) Clase de Turbulencia / Turbulence Class vmean: annual average wind speed. Class IEC A B C S The wind class for a site is determined more accurately on I15 >0.12 0.12-0.14 0.14-0.16 >0.16 Limites de la the grounds of vref (hub-height reference speed), calculated Turbulencia Nivel from the mean hub-height speed. The wind class at each wind Turbulence Turbulencia Bajo Medio Alto Especial turbine location must be studied and validated by the supplier limit Turbulence Low Medium High Special level of the technology. Moreover, as noted earlier, standard IEC61400-1 classifies Donde / Where: turbulence as shown in Table 3: I15: la intensidad de turbulencia para velocidades de 15 m/s I15: characteristic turbulence intensity at 15 m/s. Wind turbines are, then, defined by a Roman numeral and a letter, respectively denoting their wind class and turbulence De este modo, un aerogenerador se define entonces por un intensity. número romano y una letra que especifican su clase de viento y A site with a mean hub-height wind speed of 7.3 m/s, for su nivel de intensidad de turbulencia respectivamente. instance, is apt for wind turbine classes I, II and III, although Por ejemplo, en un emplazamiento cuya velocidad media sea optimal power output would be obtained with class III 7.3 m/s a la altura de buje podrán instalarse aerogeneradores machines. Class IV turbines may suitable.

188 189 IX. RECURSO EÓLICO. MEDICIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS • WIND RESOURCE: MEASUREMENT AND DATA PROCESSING

de clases I, II y III, pero la clase que optimiza la producción Nearly all suppliers offer different classes of wind turbines de energía sería la clase III. Podrán instalarse aerogeneradores in each power range to optimise power production. Similarly, de clase IV. wind turbine models designed to withstand turbulence levels La práctica totalidad de los tecnólogos proporcionan aerogene- A, B or C are available for each power range. radores, dentro de un mismo rango de potencia, de diferentes When it comes to choosing the wind turbine best suited to a clases, justamente con el objeto de optimizar la producción de given site, then, the first step is to determine its class, based on energía. De forma análoga sucede con el nivel de turbulencia, an analysis of mean wind speeds and turbulence levels. With existiendo distintos modelos de aerogenerador –diseñados these parameters in hand, manufacturers’ catalogues can be para aguantar los distintos niveles de turbulencia A, B, C– para reviewed to pre-select the technologically best options for the cada gama de potencia. wind farm at issue. Of the various possibilities, the best choice De este modo, a la hora de llevar a cabo la elección del aero- is the one that delivers the highest output. Wind farm output generador más adecuado para un determinado emplazamiento, can be determined fairly accurately with simulation software se partirá de la determinación de la clase del mismo –a través designed to analyse the various technological alternatives. del análisis de las velocidades medias- y el nivel de turbulencia. Una vez con estos parámetros, el siguiente paso será el acudir a los catálogos de los diferentes fabricantes, seleccionando así las mejores opciones tecnológicas a priori posibles para implantar en el parque eólico. De todas ellas, desde el punto de vista de producción de energía, la mejor será la que más produzca. Para la determinación exacta de la producción suele recurrirse a la simulación energética del parque eólico, mediante programas informáticos que analizan las distintas alternativas tecnológicas.

188 189 190 191 X.I. AEROGENERADORES • WIND TURBINES MIGUEL NÚÑEZ POLO

En el campo de las energías renovables, la energía eólica ha Wind, one of the industry’s most promising renewables, has alcanzado un grado de desarrollo tecnológico que le permite attained sufficient technological development to compete in competir en términos de Cost Of Energy (COE) con otras CoE (cost of energy) with hydro, gas, coal, nuclear and other formas de generación eléctrica como hidráulica, gas, carbón, forms of conventional electricity generation. nuclear,… A wind turbine can be defined as a system that transforms Podemos definir un aerogenerador como un sistema que trans- wind energy into electric power. Wind action rotates a set of forma la energía contenida en el viento en energía eléctrica. El blades which then turn a dynamo or electric generator. Many viento incidente provoca la rotación de unas palas que a su vez designs include gears that raise blade rpms as needed for the hacen girar a una dinamo o generador eléctrico. En muchos machine to generate electricity. diseños se incluyen unos engranes que aumentan las revoluciones de las palas a las adecuadas para que la máquina eléctrica With today’s wind turbines, huge electric power plants can be pueda generar electricidad. installed in a matter of a few months. Thanks to technological developments in the last 20 years, onshore wind generation, Los aerogeneradores actuales permiten la instalación de the sort addressed in this chapter, has seen 500-kW turbines grandes centrales de producción de electricidad en el plazo with 40-m hub heights and 39-m diameter rotors ‘grow’ into de pocos meses. Dentro del campo de la generación eólica en the present standard (having successfully passed the prototype tierra (On-shore) que será el objeto de este escrito, la evolu- phase) in which 3-MW generators stand atop towers up to ción tecnológica en los últimos 20 años ha permitido pasar 120 m tall with rotors measuring 125 m in diameter. de turbinas de 500 kW, torres de 40 metros de altura de buje y rotores de 39 metros de diámetro a aerogeneradores del orden The speeds reached by such upwind rotors varies, with rated de los 3 MW con torres de hasta 120 metros de altura y rotores values of up to 10 to 12 revolutions per minute. And whilst it de 125 metros de diámetro, que constituyen ya productos takes them 5 or 6 seconds to make a full turn, the tip of the estándar, ya superada la fase de prototipaje. blade can rotate at 280 km/h. That value is limited by three essential considerations: blade surface erosion, aerodynamic Estos rotores enfrentados al viento (upwind) giran a velocidad efficiency and noise levels. variable llegando a alcanzar en su punto nominal velocidades de 10 o 12 revoluciones por minuto y aunque tarden 5 o 6 segundos en completar una vuelta, la punta de la pala alcanza velocidades de 280 km/h. Dicho valor se define por tres (izquierda / left) criterios fundamentales: erosión de la superficie de las palas, Fig. 1. Componentes principales de un aerogenerador eficiencia aerodinámica y nivel de ruido generado. Fig. 1. Main components of a wind turbine

190 191 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

1. Tipología 1. Typology Existen multitud de tipos de aerogeneradores que se pueden The many types of wind turbines in service can be classi- clasificar en función de diversos parámetros. La agrupación fied on the grounds of a number of parameters. The most más extendida los clasifica por la posición del eje de giro, siendo common include the position of the rotating shaft, which may así aerogeneradores de eje vertical o eje horizontal, así como be vertical or horizontal, and the location of the turbine rotor su posicionamiento frente al viento, pudiendo ser aerogenera- with respect to the wind, which may be upwind or downwind. dores con el rotor a barlovento (upwind) o sotavento (downwind). The most widespread of the many types of wind turbines in Existen muchos otros tipos de aerogeneradores, pero la confi- operation have a horizontal shaft and an upwind rotor. guración mayormente extendida y que será objeto del presente Horizontal shaft turbines are subdivided by the type of drive- artículo es la tipología de eje horizontal y rotor a barlovento. train with which they are fitted. In direct drive wind turbines Dentro de la configuración de eje horizontal los aerogeneradores the aerodynamic rotor is connected directly to the electric se clasifican por la topología del tren mecánico de potencia. Así power generator. In the other typology, the rotor is connected existen aerogeneradores en los cuales el rotor aerodinámico va to a gearbox that raises the rotational speed prior to its connec- conectado directamente al generador eléctrico, denominándose tion to an electric generator. en este caso aerogeneradores de acoplamiento directo o direct Turbines can be further grouped by their electrical configura- drive. La otra topología existente es conexión del rotor eólico tion, of which there are two types: direct (in turn sub-divided a una caja de engranes, la cual eleva la velocidad de giro para into grid-connected synchronous and doubly fed induction or conectarse a su salida a un generador eléctrico. DFIG generators) and via converters, in which the generator En cuanto la tipología eléctrica hay dos grandes grupos. Los is connected to a power electronics cabinet in turn connected aerogeneradores cuyos generadores se conectan directamente to the grid. The earliest wind turbines rotated at a fixed speed a la red eléctrica (y dentro de ella 2 grandes grupos, los genera- set to the grid frequency and their fixed pitch rotor blades dores síncronos conectados a red y las máquinas doblemente were stall controlled. The blades were bolted directly onto the alimentadas o DFIG) y los generadores que conectan con un hub and unable to rotate on their own axis. Today’s designs, equipo de electrónica de potencia y este a su vez a la red eléc- however, envisage variable rotor speed and likewise variable trica (denominados full converter). Los primeros aerogene- blade pitch (pitch control). In these machines the blades are radores giraban a velocidad fija según frecuencia de red y el secured to the hub with a bearing that enables them to turn on control de las palas era de paso fijo por entrada en pérdida their own axis. aerodinámica (stall). Las palas estaban unidas directamente al By rotating the blades within a certain variable speed range, buje y no tenían posibilidad de girar sobre su eje. Sin embargo, maximum aerodynamic efficiency can be held at wind speeds los diseños actuales se basan en velocidad de rotor variable of 6 to 9 m/s. Inasmuch as the machines run at only partial y paso de pala también variable (control de pitch). En estas load at those speeds, rated capacity is not reached. Nonethe- máquinas las palas se unen al buje por medio de un rodamiento less, given the frequency distribution of wind speed vs time que les permite girar sobre su propio eje. in hours, aerodynamic optimisation in that range maximises El giro de las palas con cierto rango de velocidad variable annual power output. Further to the principles of aerodynamics, permite mantener la máxima eficiencia aerodinámica entre maximum blade efficiency is attained at low rotating speeds in

192 193 X.I. AEROGENERADORES • WIND TURBINES

unos 6 m/s y 9 m/s de velocidad de viento. Aunque en ese moderate winds and higher rpms as the wind speed rises. Wind punto no se haya alcanzado la potencia nominal y se esté en turbines are fitted with power electronics facilities to correct cargas parciales, el número de horas al año por la distribución this variability and thus deliver power at the electricity grid estadística de las velocidades de viento hace que la optimiza- frequency despite the variation in generator rotating speed. ción aerodinámica en este rango consiga maximizar la energía Whilst some wind turbines are designed with just one or two anual producida. Por los principios de la aerodinámica, para blades, three-blade machines are the type most widely installed. conseguir mantener la máxima eficiencia las palas deben girar The reason for the popularity of this configuration is that it a baja velocidad de rotación cuando el viento es más suave y distributes loads more evenly on the structure and ensures a girar más rápido en la medida en que aumenta la velocidad narrower instantaneous range of variation. It also minimises del viento. Para mantener la frecuencia de la red eléctrica con the forces on wind turbine components and, allowance made esta velocidad de rotación variable en el generador eléctrico, for the subjectivity of the contention, can be said to have a los aerogeneradores incorporan equipos de electrónica de more acceptable visual impact. Moreover, monoblades are potencia que corrigen esta variabilidad. 12 % less efficient than two blade machines and 17 % less than Aunque existen aerogeneradores diseñados con una única pala their three-blade counterparts. With their higher efficiency and (monóptero) o dos palas (bipala), el modelo de aerogenerador more suitably distributed mechanical forces, three-blade wind tripala es el más extendido. Esto es debido a que estructural- turbines produce energy at a lower cost than the other two mente tiene una distribución de cargas más homogénea, con options and are able to compete with traditional sources of menor rango de variabilidad para cada instante, minimizán- energy in terms of CoE. dose así los esfuerzos en los distintos componentes del aerogenerador y un impacto visual más aceptable, dentro de la subjetividad de este último concepto. Además la eficiencia de 2. Blades un monóptero es menor, alrededor de un 12% que en la de From the standpoint of conversion of kinetic wind energy dos palas y un 17% menor que en la de tres. Dicha mejora into the rotational energy that drives the generator, blades de eficiencia, junto a unos esfuerzos mecánicos mejor distri- are the most important component of wind turbines. These buidos, hacen que la configuración tripala sea actualmente la elements, which work like cantilevered beams, are attached más competitiva en Coste de Energía, llegando a competir en to the hub with bearings that enable them to turn on their precio con las fuentes tradicionales de energía. own axis for the control of aerodynamic forces. Blades made of composite materials, i.e., glass- or carbon-fibre-reinforced 2. Pala epoxy or polyester, can measure over 60 m long and weigh on the order of 15 t. Para convertir la energía cinética del viento en energía de rotación que alimente el generador eléctrico, el componente The enormous dimensions of the blades and the huge loads más importante es la propia pala. Trabaja como una viga en borne by wind turbines (operating at up to 90 km/h) call for voladizo conectada al buje con un rodamiento que le permite very stiff structures. The choice between the two options, girar sobre su eje para controlar las fuerzas aerodinámicas. lower mechanical performance, heavier fibreglass (which adds Palas de más de 60 metros con un peso del orden de 15 Tm to rotor weight) versus stiffer and lighter but costlier carbon se fabrican con materiales composites, compuestos de una fibre, depends on design requirements. The use of carbon

192 193 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

matriz de resina (epoxi, poliéster,..) que se refuerza con fibras Rotación de vidrio o de carbono. Rotation Las grandes dimensiones de las palas junto con las elevadas cargas que sufre un aerogenerador (funcionan hasta los 90 km/h) requieren estructuras muy rígidas. Para alcanzar los valores requeridos por diseño hay que estudiar el balance entre el uso de fibra de vidrio con menores propiedades mecánicas, lo que aumenta el peso del rotor vs. la fibra de carbono, más Flujo del viento rígida y ligera pero mucho más cara. El uso de fibra de carbono Wind ow en grandes palas empieza a ser más extendido en la medida en la que los precios de la fibra se reducen y a la vez se va incrementando la experiencia en su aplicación al sector eólico, que es muy diferente a la aplicación en el sector aeronáutico. Sustentación El diseño de una pala consta tres aspectos a los que hay que Lift prestar atención: la forma exterior, que dará sus prestaciones aerodinámicas, la parte estructural que soporta los esfuerzos Arrastre mecánicos y la parte de materiales, con efecto tanto en la parte Drag estructural como en el comportamiento de la pala ante agentes externos (erosión, descargas eléctricas, etc.). El diseño de la pala en su forma exterior parte de una zona cilíndrica en su raíz donde se une con el buje, a partir de la cual se apilan perfiles aerodinámicos desarrollados ex profeso por Fig. 2. Principios de sustentación por levantamiento en un aerogenerador centros como TU-Delft, Risoe, NREL..., buscando la máxima Fig. 2. Principles of wind turbine aerodynamic lift producción de energía, pero teniendo en cuenta las cargas que se van a introducir en la propia pala y en el resto de componentes del aerogenerador, así como el ruido aerodinámico que fibre in large blades is becoming more widespread with falling se produce. prices and growing experience in the wind industry, where its Al incidir el viento en el perfil aerodinámico de la pala se application differs greatly from usage in aeronautics. originan unas diferencias de presión entre la parte superior e Three factors must be borne in mind in blade design: their inferior de la misma que crean las fuerzas de sustentación y de shape, which determines their aerodynamics, the structure that arrastre cuya resultante es el empuje que mueve la pala. Ambas supports the mechanical forces and the materials, which affect fuerzas dependen del ángulo incidente del viento (ángulo de both structure and blade resistance to external agents (such as ataque) y lo que se busca es que la relación entre la sustentación erosion and lightning). y el arrastre sea la mayor posible. A medida que aumenta el ángulo de ataque aumenta dicha relación hasta un cierto valor The aerodynamic profiles that constitute the blade spring en el que por fenómenos de turbulencia el perfil pierde susten- from its cylindrical root attached to the hub. These profiles, tación y entra en pérdida. developed for manufacturers by technological institutions

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En un aerogenerador, la fuerza de sustentación y la fuerza de such as TU-Delft, Risoe or NREL, are designed to obtain the arrastre en las palas se transforman en una fuerza que hace girar maximum power output, a parameter conditioned by the loads el eje de la máquina -par mecánico- y que se aprovecha para to which the blades themselves and the other wind turbine producir electricidad, así como un empuje horizontal sobre el components are exposed and the aerodynamic noise generated. mismo eje de giro. Dicho empuje, además de ser variable en The impact of the wind on the aerodynamic profile induces función de las condiciones de viento, no genera energía pero si differences in pressure at the top and bottom, creating lift and esfuerzos mecánicos que deben resistirlos tanto la torre como drag whose resultant force is the thrust that drives the blade. la cimentación, entre otros componentes (fig. 2). Both lift and drag depend on the angle of incidence of the Como la velocidad de giro lineal es mayor a medida que nos wind (angle of attack): the aim is to attain the highest possible alejamos del centro del buje, la pala se construye con un ángulo ratio between lift and drag. That ratio rises with the lift angle (twist) desde la punta a la raíz para compensar la diferencia de up to a certain value, after which lift declines due to turbulence velocidad. Con ello se consigue mantener tanto el ángulo de and the blade stalls. ataque como el par mecánico constantes a lo largo de la pala y In wind turbines, the lift and drag on the blades are transformed la relación sustentación/arrastre óptima. into mechanical torque, a force that turns their shaft, generating El diseño estructural para soportar dichas cargas contempla el electricity as well as horizontal thrust on the shaft. That thrust ensamblaje de distintos componentes como largueros y vigas varies with wind conditions and generates not energy but fabricados con varios tipos de tejido (uniaxial, biaxial, triaxial) mechanical forces that must be resisted by both the tower and y de materiales. Para minimizar el peso de la pala se utilizan its foundations, as well as other components (Fig. 2). también materiales de relleno o núcleos (madera de balsa, PVC, etc.). As the linear speed of rotation rises with distance from the centre of the hub, blades are designed with a twist angle from Para la fabricación de las palas, al ser materiales compuestos, the tip to the root to offset the difference in speed. That keeps se utilizan procesos de infusión de resina o el uso de materiales both the lift angle and the mechanical torque constant across pre-impregnados que son las dos tendencias más generalizadas the length of the blade and ensures an optimal lift/drag ratio. actualmente. Las palas se fabrican en dos piezas longitudinales (semivalvas) a las que se añaden los elementos estructurales y To withstand these loads, the structural design envisages se unen con adhesivos. components such as shear webs and spar caps made with uni–, di– or triaxial fabric. Filler or core materials such as balsa wood Debido a la importancia de las palas en la estabilidad del aero- or PVC are also used to minimise blade weight. generador, han de someterse a ensayos estáticos y de fatiga para su certificación. The two techniques most commonly applied today for the composites used in blade manufacture are resin infusion El recubrimiento superficial de la pala debe preservarla de la and pre-impregnated materials. Blades are made from two erosión de la lluvia, granizo, arena y de los rayos del sol. En longitudinal components (shells) to which structural members zonas del norte de Estados Unidos, Canadá o Escandinavia, la are added and which are secured to one another with adhesives. presencia de hielo en las palas supone una degradación de las propiedades aerodinámicas y por consiguiente una pérdida de Given the importance of blades in wind turbine stability, they producción muy relevante, además del riesgo de proyección de must be tested for static resistance and fatigue to be certified.

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las placas de hielo depositadas. Para evitar este efecto, se han Blade surfacing must afford protection from erosion induced desarrollado tecnologías que mantengan caliente el borde de by rain, hale, sand and the sun’s rays. In Canada, Scandinavia and ataque de las palas bien sea por la introducción de capas de the northern United States, ice build-up on the blades reduces material conductor con alimentación eléctrica o bien sea por their aerodynamic properties, lowers output significantly and la inyección de aire caliente desde aerotermos instalados en la raises the risk of ice throw. Technologies developed to prevent raíz de la pala. ice gathering include heating the leading (upwind) edge by Las descargas electrostáticas son un factor muy importante a embedding thin-foil electrical resistors in the blade or injecting tener en cuenta en el diseño de las palas, al ser muy probable el hot air from fan heaters built into the root. impacto de rayos debido a las dimensiones y cargas electrostá- Electrostatic discharges are an important factor to be borne in ticas por fricción con el aire. Para ello se instalan una serie de mind in blade design, given the likelihood of lightning strikes receptores a lo largo de la superficie de la palas que conducen due to the dimensions of these elements and the electro- el rayo de forma segura hasta su raíz y, a través del buje y toda static charges generated by friction with the air. To that end, a la estructura, se descarga a tierra sin afectar el funcionamiento series of receivers are built into the blade surface that conduct del aerogenerador. lightning safely to the root and from there across the hub and Las palas de los aerogeneradores se fabrican en una única the rest of the structure to ground, without affecting wind pieza. Debido a sus dimensiones y pesos, se transportan sobre turbine operation. plataformas extensibles que requieren de amplios radios de Wind turbine blades ship from the plant as a single piece. In giro. Para zonas con grandes limitaciones en el acceso, se han light of their dimensions and weight, they are transported desarrollado uniones modulares que permiten transportar las on expandable platforms that require wide turn radii. For palas en dos secciones y unirlas en parque por medios mecá- sites with severely limited access, modulated joints have been nicos o químicos. developed to ship blades in two sections that are subsequently attached mechanically or chemically on site.

3. Buje 3. Hubs El buje es la pieza a la que se conectan las tres palas y se une al eje principal de la turbina. Tiene dos misiones: soportar las The hub, the element to which the three blades are connected, tres palas y transferir los esfuerzos al eje de giro y alojar el is secured to the main shaft of the wind turbine. It has a dual actuador de giro de las palas. Fabricado en hierro nodular para purpose: to support the three blades, transferring their stresses soportar cargas extremas y de fatiga, consta de tres bridas con to the shaft, and to house their rotary actuator. Made of sus rodamientos para el giro de pala y con los accionamientos nodular cast iron to support extreme loads and fatigue, it has correspondientes. three openings skirted by flanges fitted with bearings and the drives needed for blade rotation. Para controlar el ángulo de ataque de las palas y por tanto su eficiencia se dispone dentro del buje de tres actuadores (uno Blade lift angle and efficiency are controlled by three separately por pala) independientes entre ellos. Dichos actuadores han operating actuators (one per blade) housed in the hub. These de estar equipados de 2 sistemas en paralelo, uno para opera- actuators must be equipped with two parallel systems, one ción normal y otro que garantice que las palas pasan a posición for normal operation and the other to park the blades in a

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segura en caso de fallo. Hay dos sistemas de actuación muy safe position in the event of failure. Two widely used actuator extendidos: systems are in place. ––Sistema hidráulico: son cilindros hidráulicos que en su movi- –– In hydraulic systems, hydraulic cylinders slide in and out, miento de entrada y salida consiguen que la pala pivote unos pivoting the blade by around 90 degrees from the safety 90 grados desde la posición de seguridad o mínimo empuje or minimum aerodynamic position (full feathering) to the aerodinámico (posición de bandera) hasta la posición de maximum thrust or fine pitch position. Hydraulic accumulators máximo empuje (fine pitch). En acumuladores hidráulicos store sufficient energy to pitch each blade to feather in the se almacena la energía suficiente para poder llevar cada pala event of control system failure or a power outage. a la posición de seguridad ante cualquier fallo del sistema de –– In electromechanical pitch systems the blade is rotated by an control o corte en el suministro de energía. electrical gearbox-driven pinion that engages with the blade bearing teeth. In this case the energy to park the blade at full ––Sistema electromecánico: el giro de la pala se consigue por feather is stored in batteries or capacitors. medio del engrane de un piñón accionado desde una motorreductora eléctrica sobre uno de los aros dentados del roda- In both cases blade pitch control is crucial, for the position miento de la propia pala. En este caso, la energía para llevar of the blades defines both output and the load on the wind la pala a posición de seguridad se almacena en baterías o en turbine. Blades can be operated collectively, in pursuit of the condensadores. same final position, or individually, applying asymmetrical pitch strategies to correct the blade position with respect to En ambos casos el control del ángulo de posición de la pala the azimuthal reference. es crítico ya que con la posición de las palas se define la This entire assembly is protected by a casing called the producción y la carga sobre el aerogenerador. La operación nose-cone made of a composite material, usually a fibre- de las palas puede ser colectiva buscando la misma posición glass-reinforced polyester resin, able to resist wind loads and final, como individual si aplicamos estrategias de pitch asimé- adverse weather conditions such as rain, hale and the sun’s trico donde se corrige la posición de la pala en función de su ultraviolet rays. The cone must be designed to aerodynamic posición azimutal. as well as ergonomic and safety criteria to facilitate access by Todo este conjunto está protegido por una carcasa llamada maintenance technicians and the replacement of components. cono-nariz. Esta envolvente se fabrica en material composite, This unit measures on the order of 4 metres in diameter at the generalmente resina poliéster reforzada con fibra de vidrio. base and 4 metres high and weighs around 40 t. Debe soportar cargas del viento y las condiciones atmosféricas de lluvia, granizo con resistencia a los rayos ultravioleta del sol. 4. Nacelle En su diseño se tiene en cuenta la forma aerodinámica y los criterios de ergonomía y seguridad para facilitar el acceso a los The nacelle is the part of the wind turbine that houses the técnicos de mantenimiento y el intercambio de componentes. drivetrain and electric generator, as well as a number of electrical, control and cooling components. Its design as well Las dimensiones de este conjunto son del orden de 4 metros as its dimensions and weight vary widely with wind turbine de diámetro en la base del cono y unos 4 metros de altura, con typology and manufacturer. In direct drive wind turbines, the un peso alrededor de las 40 T. nacelle is very large and heavy and adopts a (normally circular)

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4. Nacelle o Góndola ‘disk’ configuration. In geared wind turbines, the nacelle is usually elongated and has a square section. La nacelle es la parte del aerogenerador que alberga el tren mecánico y el generador eléctrico, así como diversos compo- Like the nose-cone casing, the nacelle cover is made of a nentes eléctricos, de control y de refrigeración. Su diseño varía composite material. It must be lightweight but also strong ostensiblemente dependiendo de la topología de aerogene- enough to bear wind load and even snow build-ups and to rador elegido y las características propias de cada fabricante, al resist atmospheric agents. The space between the nacelle cover igual que sus dimensiones y pesos. and the machinery it houses, used for maintenance, is fitted with lighting and a hoist to lift small replacement parts and En el caso de aerogeneradores multipolares (direct drive), la consumables. In addition to protecting the machinery from configuración de la nacelle es tipo “disco”, generalmente de outdoor agents (such as water and dust), it must provide for due forma circular y con grandes diámetros y pesos. En el caso de ventilation, for mechanical friction and electrical losses generate aerogeneradores con multiplicadora (geared), la nacelle suele ser heat on the order of 4 % of the turbine’s rated capacity. alargada y de sección cuadrada. Nacelles must ship on special transport. Turbines with multipliers, for instance, weigh over 100 t and measure 12 Al igual que la envolvente del cono-nariz, la envolvente de la metres long by 4 metres high and wide. Where weight limits are nacelle se fabrica en material composite. En su diseño se busca in place, some of the sub-assemblies can be shipped separately ligereza pero, a la vez, resistencia para soportar cargas del viento and re-assembled in situ. The greater diameter and weight of e incluso de nieve depositada en su capota y soportar las condi- direct drive machines necessitate their division into segments ciones atmosféricas. El espacio que queda entre la envolvente for transport and subsequent re-assembly on site. y la maquinaria interior facilita las labores de mantenimiento e incorpora iluminación y un polipasto para izar pequeños 5. Drivetrain repuestos y consumibles. A la vez que aísla a la maquinaria del ataque de elementos externos (agua, polvo, …) tiene que The hub is connected to a main shaft which, supported by one permitir la correcta ventilación de los equipos puesto que las or two bearings, transfers the rotation torque to the multiplier. pérdidas mecánicas por rozamientos o las pérdidas eléctricas The main shaft is secured to the hollow multiplier shaft with generan una cantidad de calor del orden del 4% de la potencia a mechanical or hydraulic cone-shaped collar. The bearings nominal del aerogenerador. also receive the moments and forces from the rotor, which they transfer to the bed plate or main frame. Spherical roller Las nacelle requieren un transporte especial, con una plataforma bearings transfer torque while adapting to the strain on the que soporte las más de 100 T de una turbina con multiplica- shaft and capturing the axial thrust. dora y con longitudes de 12 metros por cuatro metros de altura Lubricating these bearings is vital for, although they rotate y anchura. En caso de limitación de peso, se puede desmontar at low speed, they must bear huge forces and work in a wide algún subconjunto para volver a ser ensamblado in situ. El range of temperatures. mayor diámetro y peso de una máquina multipolar implica que In direct drive setups, the hub is usually connected to the debe subdividirse en sectores para su transporte y ensamblaje electricity generator rotor directly or across support structures en parque. that absorb all loads other than torque. A wide variety of typologies are in place with one, two or even three bearings.

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5. Tren de Potencia 6. Gearbox El buje se conecta a un eje principal que apoyado en uno o dos In non-direct drive (i.e., most) wind turbines a mechanical rodamientos transmite el par de rotación a la multiplicadora. converter is positioned between the wind that moves the La unión entre el eje principal y el eje hueco de la multiplica- blades and the electricity generator. This device raises the dora se realiza con un collarín cónico mecánico o hidráulico. speed of rotation as necessary for the electrical machine to Estos rodamientos también reciben los momentos y fuerzas generate power at a frequency suitable for delivery to the grid. del rotor y los derivan hacia la bancada o bastidor principal. Power is the product of torque times the speed of rotation. Rodamientos de rodillos oscilantes esféricos transmiten el The gearbox converts the high torque on the blades and their momento torsor a la vez que se adaptan a las deformaciones low speed to low torque and high rpm in the generator. This, in del eje y capturan los empujes axiales. El engrase de estos roda- a nutshell, is the core principle in drivetrain operation. mientos es crítico puesto que, aunque la velocidad de rotación The gearbox is the most crucial element in a mechanical drive- a la que se gira es baja, los esfuerzos que soportan son muy train. The loads to be borne both during normal operation and elevados y el rango de temperaturas de trabajo puede tener una under extreme conditions must be envisaged in its design. Wind gran variación. gusts and turbulence condition the sizing of this assembly. En el caso de una configuración de acoplamiento directo, el Hence the importance increasingly attached to control which, buje suele ir conectado al rotor del generador eléctrico bien using sophisticated algorithms, adjusts the input loads on the directamente o bien a través de estructuras de soporte que gearbox to prevent both over-engineering and premature failure. absorban las cargas no torsionales. En este caso se pueden Moreover, as wind turbines are designed for a service life of a encontrar topologías muy diversas con uno, dos o hasta tres mere 20 years, replacing major components is very costly. rodamientos. Although the blades in new designs tend to be longer, the speed at the tip must not be in excess of a certain ceiling to 6. Multiplicadora keep noise from intensifying and prevent leading edge erosion. Consequently, the longer the blades, the slower is rotor speed. En la mayoría de los aerogeneradores, excepto los multipo- That, together with the increased capacity of the most modern lares, entre el viento que mueve las palas y el generador eléc- wind turbines, translates into torque about 20-fold higher trico hay un convertidor mecánico que aumenta la velocidad than accommodated by the machines installed 20 years ago. de giro hasta las necesarias para que la máquina eléctrica pueda Since electricity generators have the same rated speed regard- generar potencia a la frecuencia de red adecuada. less of their capacity, longer blades call for higher gear ratios. La potencia es el producto del par por la velocidad de giro. These ratios are attained with the gearbox, which conveys this El alto par de las palas que se transmite a baja velocidad se high torque by raising the shaft speed of the high speed gear transforma en bajo par y altas revoluciones en el generador por connected to the electricity generator to 100 times the shaft medio de la multiplicadora. Todo el tren de potencia se resume speed of the low speed gear, i.e., the blade rotation speed. en este concepto. Latest generation gearboxes consist in two planetary gear La multiplicadora es el elemento más crítico del tren mecánico trains and a parallel gear stage to adjust the output ratios. The y en su diseño deben contemplarse con la mayor precisión las planet gear carrier in the first train engages with the main cargas que va a soportar tanto en funcionamiento normal como shaft, driving a suite of around four planet gears that revolve

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en los casos de carga extrema. Las ráfagas de viento y la turbu- inside the first ring gear, transferring the motion to the first lencia de éste condicionan el dimensionamiento de todo el sun gear. The first sun gear then conveys the rotary motion to conjunto y por ello la importancia que se presta cada día más al the second planet gear carrier, and as in the first gear train, the control que, mediante sofisticados algoritmos, ajusta las cargas planet gears in the second train drive the second sun gear, in de entrada de la multiplicadora para evitar sobredimensiona- turn connected to the parallel gear stage. mientos o fallos prematuros. Es importante tener en cuenta High machining precision and quality minimise gear vibration que los aerogeneradores se diseñan con una vida mínima de and noise. In multiplier design, the constituent bearings are 20 años, y el cambio de componentes de gran tamaño es de un another crucial component and the object of innovations such coste considerable. as bearings built into the planet gears, with the outer track Aunque la longitud de las palas va aumentando en nuevos machined into the planet itself. The torque variations in the diseños, la velocidad de la punta de la pala no debe aumentar multiplier are cushioned by the reaction arms on either side para evitar el incremento del ruido y la erosión del borde de that convey these loads to the main frame through silence ataque, por lo que el rotor gira más despacio cuanto mayor es blocks or spring and rubber shock absorbers. la longitud de las palas. Esto unido al aumento de la potencia With the increase in the torque to be conveyed, multiplier de los aerogeneradores más modernos hace que el par a trans- lubrication and cooling have become increasingly complex mitir sea del orden de 20 veces mayor que el par de máquinas and crucial. In addition to partial immersion of the gears and instaladas hace 20 años. Puesto que los generadores eléctricos bearings in the gearcase oil and conventional splash lubrica- tienen la misma velocidad nominal independientemente de la tion, a hydraulic pump is needed to inject pressurised oil into all potencia que manejen, a mayor longitud de pala se requieren the bearings through a complex system of pipes and hydraulic ratios de multiplicación mayores. La multiplicadora es la caja rotary joints inside the multiplier. This oil is filtered to remove de engranajes que puede transmitir este elevado par multipli- suspended particles and flows over a cooling radiator or heat cando por una relación con valores de 1 a 100 la velocidad del exchanger to lower the temperature, for mechanical losses in eje de alta que se conecta al generador eléctrico respecto a la the multiplier can amount to 4 % of turbine rated capacity. velocidad del eje lento o de rotación de la palas. Multipliers are tested one by one with load cycles of up to Las multiplicadoras de última generación constan de dos trenes 100 % of the rated load. Prior to certification, they must also de engranajes planetarios y una etapa paralela para ajustar los pass highly accelerated life tests (HALT). In these destructive ratios de salida. El portasatélites del primer tren planetario se tests the specimen is subjected to fatigue equivalent to 20 years fija al eje principal y arrastra un conjunto de unos cuatro saté- of wind turbine service life in just 200 hours, and for a few lites, que a su vez giran respecto a la primera corona fija trans- seconds to loads double those present when the turbine is mitiendo el movimiento al primer piñón solar. Este primer operating at rated capacity. piñón solar transmite el giro al segundo portasatélites de forma The hollow multiplier shaft houses hydraulic pipes and cables análoga a la de la primera etapa, la segunda etapa planetaria that carry energy and signals to the hub. To that end, electrical acciona al segundo piñón solar conectado a la rueda de la etapa and hydraulic rotary connections are installed as necessary on paralela (figs. 2 & 3, multplicadora). the high speed side of the multiplier. La alta precisión y calidad en el tallado de engranajes consigue By way of example, a multiplier for a 3-MW wind turbine minimizar las vibraciones y el ruido. En el cálculo de la multi- weighs on the order of 25 t.

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plicadora, los rodamientos que la componen también son otro punto crítico con nuevos conceptos como rodamientos inte- grados en los propios satélites, en los que la pista exterior se mecaniza en el satélite. Las variaciones del par en la multiplicadora se amortiguan en los brazos de reacción que a ambos lados transmiten estas cargas al bastidor principal a través de silence-blocks o conjuntos de muelles y amortiguadores de caucho. Con la mayor demanda de transmisión de par, la lubricación y refrigeración de este conjunto se hace cada vez más compleja y crítica. Además de la lubricación por inmersión parcial de engranajes y rodamientos en el aceite del cárter y de la lubrica- ción por salpicadura, una bomba hidráulica tiene que inyectar aceite a presión a todos los rodamientos pasando por un complejo sistema de tuberías y de juntas rotativas hidráulicas internas a la multiplicadora. Este aceite es filtrado para eliminar las partículas que se originan durante el funcionamiento y también pasa por un radiador o intercambiador de calor para refrigerar el conjunto puesto que las pérdidas mecánicas en la multiplicadora alcanzan un 4% de la potencia nominal. La multiplicadora se ensaya de forma unitaria con ciclos de carga hasta el 100% de la carga nominal. Para su certificación, también se realizan ensayos de fatiga acelerada (HALT). En este caso, los ensayos son destructivos y en unas 200 horas de prueba se aplica un daño a fatiga equivalente al de los 20 años de vida del aerogenerador, sometiendo por momentos a cargas que duplican las cargas a potencia nominal. Por el eje hueco de la multiplicadora pasan tuberías hidráulicas y cables para llevar energía y señales al interior del buje. Para ello se conectan juntas rotativas eléctricas e hidráulicas si fuese el caso, en el lado de alta de la multiplicadora. Como referencia, el peso de una multiplicadora de 3 MW se sitúa en el entorno de unas 25 toneladas.

Figs. 2 & 3. Multiplicadora Figs. 2 & 3. Gearbox

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7. Eje de Alta Velocidad 7. High Speed Shaft El eje de salida o eje de alta velocidad de la multiplicadora se The multiplier’s output or high speed shaft is connected to conecta con el generador eléctrico por medio de un acopla- the electricity generator with an elastic coupling consisting miento elástico. Este acoplamiento consta de un disco freno in a disk brake that may be toothed on its outer diameter to que puede estar dentado en su diámetro exterior para facilitar enhance blade rotation with the aid of a reduction gearbox. la rotación de las palas con la ayuda de una motorreductora. The sole purpose of the gear drive is to facilitate assembly or La motorreductora tiene una finalidad exclusiva de montaje o maintenance. The disk, secured to the output side of the multi- de mantenimiento. El disco se fija al eje de salida de la multiplier with a cone-shaped collar, is braked with callipers similar plicadora con un collarín cónico y se frena con pinzas de freno to the ones on industrial vehicles, which apply the hydraulic similares a las de vehículos industriales, las cuales al recibir pressure exerted on their pistons to brake pads that rub against presión hidráulica aplican la fuerza de sus pistones a unas pasti- the disk. Not only are modern wind turbines triply fitted with llas de fricción que rozan contra el disco. Aunque los aeroge- aerodynamic brakes, but the rotor stops as soon as any one of neradores modernos cuentan con el freno aerodinámico por the blades is pitched to full feather. Nonetheless, for reasons triplicado, y con que una pala llegue a posición de bandera el of safety and especially when technicians are inside the nacelle, rotor se detendrá, por razones de seguridad y en particular si a system must be in place to fully stop all motion in a matter of hay técnicos en la nacelle, debemos contar con un sistema que seconds. The turbine’s safety chain consequently trips the high bloquee en pocos segundos de forma total el giro del conjunto. speed shaft brake if an emergency push-button is pressed or Por ello, la cadena de seguridad del aerogenerador activará el in other conditions requiring interruption when it is operating freno del eje de alta velocidad si alguien pulsa una seta de emer- in automatic mode. gencia, aparte de otras condiciones que lo exijan durante el The other end of the elastic cone-shaped collar coupling is funcionamiento en modo automático. attached to the electricity generator. This elastic coupling Al eje del generador eléctrico se le acopla el otro extremo del conveys torque to the generator in the form of high speed, acoplamiento elástico con otro collarín cónico. La misión de este absorbing the vibrations and misalignments generated as acoplamiento elástico es la de transmitir el par a alta velocidad the load rises. A number of systems are available, including hasta el generador, absorbiendo las vibraciones y desalineaciones rubber shock absorber-connected draw rods or composite que se producen al aumentar la carga. Hay diferentes sistemas membranes. The coupling must also insulate the generator como los de bielas conectadas con amortiguadores de caucho o from the multiplier to prevent possible short-circuiting. los de láminas de material compuesto. Otra función que deben Further to grid connection codes, wind turbines may not be cumplir es la de aislar eléctricamente el generador de la multipli- disconnected during voltage drops. Depending on the electrical cadora de forma que no puedan circular corrientes entre ellos. setup defined, this may translate into the generation of torque Los códigos de conexión a red exigen que los aerogeneradores peaks in transients appearing in the wake of voltage drops. For no se desconecten cuando hay un hueco de tensión. Según la that reason, in some technologies the elastic coupling must also configuración eléctrica definida, esto puede significar la gene- allow the generator to slide with respect to the multiplier, using ración de picos de par en los transitorios de dichos huecos friction-controlled materials to allow the generator and multi- de tensión. Por ello, en algunas tecnologías el acoplamiento plier to rotate at different speeds until normal grid connection elástico debe permitir el deslizamiento del generador frente a la is restored.

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multiplicadora con materiales de fricción controlada para que 8. Generator generador y multiplicadora giren a distinta velocidad hasta que se recupere la normal conexión a la red. In compliance with ever more demanding grid requirements, the quality of the power delivered to the electricity grid by 8. Generador wind turbines has risen steadily. According to grid connection standards, supply must include reactive energy, variable voltage Debido a los requerimientos de cumplimientos de condiciones and frequency, and voltage-drop resilience. Consequently, wind de red cada vez más exigentes, la calidad de la energía entre- turbines have evolved from the fixed pitch, fixed speed tech- gada a la red eléctrica por los aerogeneradores es cada vez más nology that in the early days caused grid disturbance into tech- elevada. Según los códigos de conexión a red, se demandan nologies that effectively contribute to grid stability. That has funcionamientos con aporte de energía reactiva, con varia- also meant a significant rise in the percentage of wind genera- ción de voltaje y de frecuencia además de soportar huecos de tion in national energy mixes, in some of which it now holds tensión. De esta manera, los aerogeneradores han pasado de the lead position. causar perturbaciones a la red eléctrica, como en las primeras tecnología de paso fijo y velocidad fija, a contribuir de forma Wind turbine integration in the grid is narrowly conditioned by eficaz a la estabilidad de la propia red. Ello también ha permi- the electricity typology chosen. As a result, two generation tech- tido que el porcentaje de generación eólica aumente significa- nologies have tended to predominate in recent years: wound tivamente dentro del mix energético en cada país, llegando en rotor asynchronous generators and synchronous generation algunos casos a ser la primera fuente de energía. with permanent magnets. La tipología eléctrica elegida condiciona significativamente la In wound rotor asynchronous generators, the stator may be integración en red de los aerogeneradores. Debido a ello hay dos connected to the grid directly, as in 12 000-V machines, or via tecnologías de generación que en los últimos años han desta- a voltage transformer in lower voltage machines. Due to wind cado sobre las demás, que son la generación asíncrona con rotor variability and turbine design, to reach the zone of maximum bobinado y la generación síncrona con imanes permanentes. low load aerodynamic performance, these machines rotate at En el caso del generador asíncrono de rotor bobinado, el variable speeds and may accelerate in response to wind gusts estator de la máquina eléctrica se conecta a la red de forma to lower the mechanical loads borne. Current can be injected directa como en máquinas de 12.000 V o a través de un trans- into the rotor to correct the magnetic field by means of a formador de tensión en máquinas de menor voltaje. Debido converter, using brushes and friction rings to ensure that the a la variabilidad del viento y a su diseño, los aerogeneradores grid frequency is not altered. This current flows through a giran a velocidad variable para conseguir estar en zona de rectifier-inverter power electronics facility where alternating máximo rendimiento aerodinámico a bajas cargas y también current is converted to direct current and then back to alternat- pueden acelerarse ante ráfagas de viento para reducir las cargas ing current once the frequency is corrected to offset variations mecánicas en el aerogenerador. Para que la frecuencia de la red in rotor speed. All manners of active and reactive current can no se vea alterada, por medio de un convertidor y a través de be obtained by regulating the generator’s rotor circuit, and the escobillas y anillos rozantes, se inyectan en el rotor corrientes generator can operate to any power factor requirement. The que corrigen el campo magnético. Estas corrientes pasan por system is connected directly to the grid or across a step-up un equipo de electrónica de potencia rectificador-inversor transformer, depending on wind farm typology.

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en el que cambian de corriente alterna a corriente continua The advantages of this system include its high efficiency (only y vuelven a corriente alterna pero con la frecuencia corregida a minor portion of the total capacity needs to be rectified) and que compense las variaciones de velocidad del rotor. Contro- the small amount of harmonics generated. The drawback is lando el circuito del rotor del generador se puede conseguir the need for upkeep on the brushes that feed the rotor. cualquier corriente activa o reactiva y el generador opera a cual- Whilst permanent magnet synchronous generators afford total quier requerimiento de factor de potencia. La conexión a red es control of wind turbine integration in the grid and prevent directa o a través de un transformador elevador dependiendo torque peaks in the event of voltage gaps, all the power de la tipología del parque. generated must flow through the rectifier and inverter. This Las ventajas de este sistema son su alta eficiencia (al rectificar raises the cost of power electronics, facilities in which losses solo una pequeña parte de la potencia total) y una baja cantidad may amount to as much as 3 % of the total power output. de armónicos. La desventaja puede ser el mantenimiento de las Moreover, these generators may become de-magnetised when escobillas que alimentan el rotor. operating at high temperatures and as they deliver only low Los generadores síncronos de imanes permanentes permiten voltage electricity, a transformer is always needed. un control total de la integración en red del aerogenerador y Electricity generators also call for a cooling system to evacuate evitan los picos de par en el caso de huecos de tensión, pero heat, induced primarily by electric losses. Heat is removed from la totalidad de la potencia generada debe pasar por el rectifi- nacelles by air-air or air-water heat exchangers and released into cador e inversor. Esto implica un mayor coste de la electrónica the surrounding air either directly when these cooling radiators de potencia a la vez que las pérdidas en estos equipos pueden are positioned outdoors or by venting if they are positioned alcanzar un 3% de la potencia total generada. Existe el riesgo de indoors. desmagnetización si se opera a temperaturas elevadas. En estos generadores el voltaje no puede ser muy elevado y requieren 9. Yaw System siempre de un transformador. The entire nacelle-rotor-blade assembly is connected to the En los generadores eléctricos también se plantea la necesidad tower by the yaw system on which it turns to follow the direc- de refrigeración para evacuar el calor generado por perdidas tion of the wind. The number of times it can turn to the right principalmente eléctricas. Con intercambiadores aire-aire o and left depends on the coiling in the cables that run down the aire-agua, se extrae el calor y se expulsa fuera de la nacelle por tower from the nacelle, which in some cases accommodate up las rejillas de ventilación o situando el radiador en el exterior. to four turns. The nacelle is built to rotate by positioning its main frame on 9. Sistema de Orientación either a ball bearing (as in tower cranes) or a sliding bearing. El conjunto de nacelle y rotor con las palas, se conecta a la torre The power to move the assembly is supplied by a set of elec- eólica por medio del sistema de orientación (sistema de yaw), trical reduction gearboxes secured to the main frame, whose de forma que pueda girar buscando la dirección del viento. pinions engage with the toothed bearing ring at the top of the El número de vueltas que pueda girar a derecha o a izquierda tower. A disk brake system built into the tower whose brake dependerá de los límites fijados en el enrollamiento de los callipers are attached to the frame can be combined with the cables que salen de la nacelle y bajan por la torres llegando en electrical brakes in the reduction gearboxes to hold the nacelle algunos casos hasta un máximo de cuatro vueltas. in an upwind position.

204 205 X.I. AEROGENERADORES • WIND TURBINES

El giro se consigue instalando la bancada principal de la 10. Control System nacelle sobre un rodamiento, que puede ser de bolas (como en las grúas torre) o plano con patines de fricción de teflón. El The two primary purposes of a wind turbine control system movimiento lo introduce un grupo de motorreductoras eléc- can be ranked by priority. The first, the supervisory system, tricas fijas al bastidor principal, cuyos piñones engranan con la oversees personal safety and the safety of the turbine itself. corona dentada del rodamiento unida a la torre. Para mantener The second, the monitoring system, ensures operation to the la posición frente al viento se puede combinar un sistema de set-points received at any given time, such as capacity maximi- disco de freno solidario a la torre y pinzas de freno unidas al sation, reactive power generation, noise or shadow limitation bastidor, con los frenos eléctricos de las motorreductoras. or grid voltage or frequency control. The monitoring system also compiles and reports operating statistics on a touch screen or via remote monitoring and control facilities. 10. Sistema de Control Wind generators operate automatically. The external signals captured by sensors such as anemometers, wind vanes and El sistema de control de un aerogenerador tiene dos misiones thermometers and the internal signals with information on principales y priorizadas. La primera y prioritaria, denomi- subsystem electricity variables (voltage, current, power), nada sistema de supervisión, se encarga de la seguridad de rotating speeds or hydraulic pressures are processed by the las personas y de la propia turbina. La segunda, denominada computer installed in the nacelle’s control cabinet. The control sistema de control, busca maximizar las consignas recibidas software and algorithms emit commands that trip motors and en cada momento, las cuales pueden ser maximizar potencia, valves. Blade pitch can be changed, for instance, to adjust it to generar reactiva, limitar ruido o sombras, o controlar paráme- wind lift conditions, the entire assembly can be yawed if the tros de red como tensión o frecuencia. Por último el sistema wind changes direction, and operation can be detained if safety de control informa y reporta estadísticas de funcionamiento cannot be guaranteed. para su operación, vía pantalla táctil o con sistemas remotos de monitorización y control. Electricity grid parameters are also processed by the wind turbine’s control system to respond to voltage drops or Los aerogeneradores funcionan de forma automática. Las demands for reactive energy. señales externas que se adquieren con los distintos sensores como anemómetro, veleta, temperaturas y las señales internas When the wind speed crosses a given threshold, the turbine con información como las variables eléctricas (voltajes, inten- yaws so the blades face the wind. If the cut-in (or minimum sidades, potencias) de los distintos subsistemas, velocidades required) speed is reached, the turbine can offset internal losses de giro o presiones hidráulicas son tratadas por el ordenador and begin to rotate. In that case, the blades are positioned to instalado en el armario de control de la nacelle. En base a los ‘fine pitch’ (maximum lift angle) and the turbine is connected programas y algoritmos de control se generan los comandos to the grid to begin to deliver electricity. que activan motores y válvulas. De esta forma se puede When the wind speed exceeds the variable speed zone and cambiar el ángulo de pala para ajustar la sustentación a las reaches the rated power value, the control system sends signals condiciones del viento, se puede orientar todo el conjunto si el to pitch the three blades at lower lift angles. As blade pitch viento cambia de dirección, o se puede detener la operación si control is not speedy enough to control power precisely, hay un funcionamiento no seguro.

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Los parámetros de la red eléctrica también son tratados por however, the rectifier-inverters must also be tripped, as they el sistema de control del aerogenerador para poder reaccionar can adjust generator torque in a matter of milliseconds. ante huecos de tensión o demandas de energía reactiva. When the ‘cut-out’ or maximum allowable speed is reached, Cuando la velocidad del viento supera un umbral, el aerogene- normally 25 m/s, the turbine’s control system orders a con- rador se orienta para enfrentar las palas al viento incidente. Si trolled stop and machine idling until wind conditions revert to la velocidad alcanza un valor mínimo (cut-in), el aerogenerador a velocity at which it is safe to re-connect. This procedure is puede compensar las pérdidas internas y comenzar a girar, designed to limit the fatigue loads on the wind turbine. Whilst para lo que las palas se posicionan con el ángulo de máxima more robust turbines could be envisaged, since the frequency sustentación o fine pitch y se acopla la turbina a la red eléctrica of wind speeds of over 25 m/s is very low, their construction para comenzar a inyectar energía. Una vez que la velocidad would not be cost-effective. del viento supera la zona de velocidad variable y se alcanza la potencia nominal, el sistema de control envía consignas a las The control system is reinforced with redundant facilities to tres palas para que avancen hacia ángulos con menor sustenta- monitor the operation of the computer itself (watchdog), along ción. El control del ángulo de las palas no es lo suficientemente with nacelle and tower vibrations, rotor over-speed and over- rápido para conseguir un control preciso de la potencia sino que current in the power electronics equipment. A failure detected se tiene que recurrir a los equipos rectificadores-inversores, que by any of these elements has the same consequences as pressing en tiempos de milisegundos actúan sobre el par del generador. an emergency push-button: the wind turbine hardware effects an emergency stop, positioning the blades at full feather with A velocidad de corte o cut-out, generalmente en torno a 25 m/s, the energy stored in the hub and disconnecting the machine el control del aerogenerador ordena una parada controlada para from the grid with no need for control system involvement. dejar la turbina en estado de espera hasta que las condiciones del viento le permitan volver a conectarse. Se trata de limitar A second, wind farm-scale control system ensures that all the las cargas de fatiga del aerogenerador y dado que la frecuencia machines in the fleet operate as a single generating element. de velocidades de viento por encima de este valor es muy baja, Many options and features are available depending on the no compensaría económicamente el diseñar un aerogenerador manufacturer and project requirements, although grid integra- más robusto. tion controls are the core feature in all. En paralelo al sistema de control, se vigilan de forma redundante el funcionamiento del propio ordenador (Watchdog), las vibraciones de la nacelle y torre, la sobrevelocidad del rotor y las sobreintensidades de los equipos de electrónica de potencia. Si cualquiera de estos elementos detecta un fallo, al igual que se haría si alguien pulsa una seta de emergencia, el aerogenerador hace una parada de emergencia por hardware, llevando las palas a posición de seguridad con la energía almacenada dentro del buje y desconectándolo de la red, sin que actúe ningún tipo de control. A nivel de parque eólico existe un segundo sistema de control

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que asegura la operación del conjunto de máquinas del parque 11. Protection against Electrical Discharge como un único elemento de generación. Existe multitud de Wind turbines are very tall structures that may be sited in areas opciones y prestaciones según fabricantes y requerimientos with high lightning strike density. de cada proyecto, aunque las prestaciones básicas son los controles para integración en red. Wind turbine design legislation pays particular attention to protection against such events, for a lightning strike can have devastating effects. The tip of each blade contains a 11. Protecciones contra Descargas Eléctricas metallic receiver for possible electrical discharges. Additional Los aerogeneradores constituyen estructuras muy elevadas, receivers may also be installed along the outermost metres que se pueden instalar en zonas de alta densidad de impacto on either side of the blade. All these elements are connected de rayos. to an electrical conductor, a cable, that runs to the root of La normativa de diseño de aerogeneradores presta especial the blade. A magnetic card installed in this area records the atención a esta protección puesto que el impacto de un rayo lightning intensity. The steel bolts that secure the blade to the puede tener un efecto devastador. En la punta de cada pala pitch control bearing constitute the first stage of a conductor se instala un receptor metálico que es el componente que pathway that runs along the hub, main shaft, shaft bearings, recibe la descarga eléctrica. El número de receptores puede supports, main frame, yaw and tower down to the foundations. variar colocándose algunos adicionales a cada lado de la pala The effectiveness of this pathway is enhanced with brushes, también en sus últimos metros. Los receptores están unidos a twisted wire cables or earthing cables. un cable conductor eléctrico que llega hasta la raíz de la pala. The atmospheric sensors positioned on the outside of the En esa zona se coloca una tarjeta magnética que puede llegar nacelle (wind vane and anemometer) are fitted with separate a registrar la corriente del rayo. Con los pernos de unión de la protection, consisting in a lightning rod or ring. pala al rodamiento de pitch, se consigue un camino metálico conductor por el buje, eje principal, rodamientos del eje, The earthing grid consists in metallic strips built into the soportes, bancada, yaw, torre hasta la cimentación. Este paso foundations, while very deep underground antennas lower soil de corrientes se favorece con el uso de escobillas, cables tren- resistivity values to under 10 ohms per metre. zados o cables de puesta a tierra. La nacelle de la que sobresalen los sensores atmosféricos (veleta- anemómetro) también tiene un tratamiento independiente y para ello los soportes de dichos sensores están equipados con una varilla o aro pararrayos. En la construcción de la cimentación, se incorpora una serie de pletinas metálicas que forman la red de tierras y unas antenas enterradas profundamente en la tierra para conseguir valores de resistividad del terreno inferiores a los diez ohmios por metro.

206 207 208 209 X.II. TORRE. COMPONENTES DE LAS TURBINAS Y PARQUES EÓLICOS ACTUALES TOWER. WIND TURBINE COMPONENTS AND TODAY’S WIND FARMS JUAN CARLOS ROSA

La torre es el componente del aerogenerador que sitúa la The tower is the component in a wind turbine that holds the máquina en la altura de diseño y por el que se da acceso y vía de machinery in position at the design elevation and provides evacuación al personal desde la cimentación hasta la góndola. personnel with an access and an evacuation pathway between A diferencia de otros componentes, la torre se caracteriza the nacelle and ground level. porque admite variaciones en su definición según las caracte- Unlike other components, towers may vary in design depending rísticas o exigencias del emplazamiento. Entre los principales on site characteristics or demands. Height, shape, materials and parámetros de ajuste y diseño se encuentran la altura, la forma, assembly procedures are the main parameters for adjusting los materiales que la constituyen y el sistema de montaje. design.

1. La Altura de Buje y el CoE 1. Hub Height and CoE Como se explica en el capítulo 8, la energía disponible en el viento depende directamente del cubo de su velocidad. También As explained in Chapter 8, available wind energy is directly sabemos que la velocidad del viento se incrementa con la altura, proportional to its speed cubed. Moreover, as wind speed por lo que es directo intuir que cuanto mayor sea la altura de is known to rise with height, the intuitive conclusion is that buje mayor será la producción de energía. energy output is higher at higher hub elevations. Por lo anterior, la altura se convierte en el parámetro básico de For that reason, height is the basic design parameter for towers diseño de una torre y su elección se fundamenta esencialmente and its choice is based essentially on the pursuit of the rotor en la búsqueda de la cota de coronación que minimiza el CoE. elevation that minimises the cost of energy (CoE). Si enfrentáramos los pesos de ventajas y desventajas de ganar If the advantages of greater height were to be weighed against altura en los platos de una balanza, situaríamos en el lado de las its drawbacks, the advantages side of the scales would include ventajas los siguientes aspectos: the following considerations. ––La producción de energía de un aerogenerador es tanto mayor cuanto mayor es la altura de buje. En emplaza- ––Wind turbine energy output rises with hub height. In sites mientos caracterizados por velocidades de viento medias characterised by medium wind speeds (IEC classes II (Clases II y III según IEC) pueden conseguirse incre- and III), output rises by 0.75 to 1 % per metre, although mentos de producción de energía de entre el 0.75 y el 1% production tends to stabilise after a given elevation that por cada metro de incremento en la altura, si bien es cierto depends on site characteristics and rotor diameter. que la producción tiende a estabilizarse a partir de una ––Wind speed is steadier and more even at higher elevations, determinada altura que depende de las características del subjecting the machine to lower fatigue loads. A higher emplazamiento y el diámetro del rotor. rotor elevation can therefore entail savings in the mate-

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rials of which blades, hub, electrical components, nacelle ight frames and the tower itself are made. This factor has a greater impact on large diameter towers and structures located on terrains with abrupt protrusions, such as in Altura / He Figure 1. At the same time, however, costs rise with height. In other words, the factors to be placed on the drawbacks side of raising the elevation include the following. ––Higher towers call for more material. ––The loads on the base are greater, necessitating more or higher quality tower and foundation materials. Velocidad del viento / Wind speed ––The need for cranes and assembly facilities grows Indicador del nivel de turbulencia / Turbulence level indicator exponentially with height. Fig. 1. Distribución de la velocidad y turbulencia del viento dependiendo de The choice of tower height and with it rotor diameter is also la orografía del terreno conditioned by the absolute limits imposed on maximum blade Fig.1. Dependence of wind speed and turbulence on the type of terrain heights by some countries’ aeronautical legislation.

2. Wind Towers as Support Structures ––La velocidad del viento en cotas superiores es más uniforme y regular, y somete a la máquina a menores cargas de fatiga, 2.1 Structural purpose por lo que un incremento en la cota del rotor puede llevar From the structural standpoint, the primary purpose of the asociados ahorros de material en el diseño de palas, buje, tower is to support the nacelle and rotor and transfer the loads equipos eléctricos, bastidores de góndola y en el de la received to the foundations. The tower must bear the weight propia torre. La importancia de este factor es más impor- of the machine as well as its own self-weight, transfer the aero- tante para rotores de gran diámetro y en aquellos situados dynamic loads acting on the turbine and resist the cyclical loads en terrenos de orografía abrupta, tal y como puede verse generated by the rotation of the rotor and other elements. It en la figura 1. must also be able to resist earthquakes and, in offshore wind En el lado opuesto de la balanza estarían los costes que se turbines, the action of the waves. incrementan con la altura, es decir los aspectos que situaríamos en el lado de las desventajas de subir cota. Estos son funda- In an idealised and simplified model, tower structure could be mentalmente los siguientes: likened to a cantilevered beam, a very tall building or a modest ––Incremento de la cantidad de material de torre por incre- jib for hoisting loads. mento de longitud de la misma. The way a cantilever works is so readily and intuitively under ––Aumento de las cargas en la base y consecuentemente stood that Galileo used it as an example to attempt to illustrate de la cantidad y/o calidad de los materiales en la torre y and explain strain on beams bearing loads perpendicular to cimentación. their axis (Fig. 2).

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––Requerimientos de grúas y medios de montaje que crecen exponencialmente con la altura. En la elección de la altura de torre y en combinación con el diámetro del rotor, deben considerarse además límites abso- lutos relacionados con la altura máxima de la punta de pala en algunos países, y que suelen estar ligados a regulaciones aeronáuticas.

2. Las Torres Eólicas como Estructuras de Soporte 2.1 Misión y funcionamiento estructural Desde el punto de vista de la función estructural, la misión principal de la torre es soportar la góndola y el rotor, y transmitir hasta la cimentación las cargas que reciben. La torre debe sostener el peso de la máquina y el suyo propio, transferir las cargas aerodinámicas recogidas por la turbina y resistir las cargas cíclicas debidas a la rotación del rotor y otros elementos. Fig.2. Ilustración de una ménsula cargada en su extremo libre según Galileo La torre además debe soportar las acciones derivadas del sismo Fig.2. Galileo’s illustration of a cantilever loaded on its detached end y, en el caso de aerogeneradores offshore, las provenientes de la acción del oleaje. Si pretendiéramos idealizar y reducir a un modelo sencillo la 2.2 Static and dynamic forces estructura de la torre podríamos decir que ésta es asimilable Whilst the structural basics of towers are simple, the complexity a una viga en voladizo, parecida al esquema estructural de un of the loads borne render their structural analysis rather more edificio de gran altura o al de un modesto pescante para elevar involved. The following brief explanation of the nature of cargas. El funcionamiento del voladizo es sencillo y fácil de such forces is intended to help the reader understand the diffi- intuir. Tanto es así que fue tomado como ejemplo por Galileo culties encountered in tower design. para intentar ilustrar y explicar la deformación de las vigas The loads acting on a tower can be divided into static and sometidas a cargas perpendiculares a su eje (fig. 2). dynamic.

2.2 Cargas estáticas y dinámicas The dimensions and position of static loads are regarded as Si bien el funcionamiento básico de la torre como estructura constant over time or to vary very slowly. The most immediate es sencillo, la complejidad de las cargas que lo solicitan hace example of such loads is the weight of the machine’s fixed que el problema de análisis estructural sea algo más entrete- components, such as the tower itself, the nacelle and the nido. Para comprender alguna de las dificultades que engendra electrical equipment, excluding the weight of rotating elements el diseño de una torre creemos interesante explicar brevemente such as the blades. la naturaleza de las fuerzas que soporta. In dynamic loads the magnitude or position varies with Las cargas que actúan sobre la torre pueden clasificarse en time. The most significant of the forces borne by the tower,

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estáticas o dinámicas: these loads are induced by wind action on the rotor and the Las cargas estáticas son aquellas que pueden considerarse weight or inertia of mobile or accelerating elements, including constantes en el tiempo en amplitud y posición o cuya varia- the nacelle and blades. A distinction may be drawn between ción puede considerarse muy lenta. El ejemplo más claro de dynamic loads that follow a random pattern and those whose este tipo de cargas es el peso de los componentes inmóviles de variation is characterised by a periodic or harmonic amplitude la máquina, como la propia torre, la góndola y los equipos eléc- over time. tricos, excluyendo el peso de los elementos en rotación como ––Random dynamic loads are essentially aerodynamic loads las palas. whose mean amplitude depends directly on the area swept Las cargas dinámicas son aquellas cuya magnitud o posición es by the rotor and the mean wind speed. The resultant of variable con el tiempo. Son el conjunto de fuerzas más impor- these loads varies randomly from the mean and depends tante que solicitan a la torre y provienen de la acción del viento essentially on turbulence or, in simplified terms, on the sobre el rotor y del peso e inercia de los elementos móviles standard deviation of wind speed. An example of one o acelerados, incluyendo la propia góndola y las palas. En el such force is given in Figure 3, where F would be the mean conjunto de cargas dinámicas podemos diferenciar entre las wind thrust on the turbine and its differential, dF, the cargas que siguen un patrón aleatorio y aquellas que presentan turbulence component. una variación de amplitud periódica o armónica con el tiempo. ––Cargas dinámicas aleatorias. Son fundamentalmente cargas aerodinámicas y su amplitud promedio depende directamente del área barrida por el rotor y de la velocidad media del viento. La variación en el tiempo de la resultante de estas cargas respecto al valor medio es aleatoria y depende fundamentalmente de la turbulencia, es decir y simplificando, de la desviación estándar de la velocidad del viento. En la figura 3 se representa un ejemplo de este tipo de fuerzas en el que la fuerza F sería el valor medio del empuje del viento sobre la turbina y el diferencial dF la componente turbulenta. ––Cargas dinámicas periódicas. Son cargas dinámicas que presentan una variación periódica en su amplitud o intensidad respecto a un valor medio. Este tipo de cargas suponen un reto para la estructura debido a la posibilidad de que sus efectos sean amplificados cuando se produce un fenómeno conocido como resonancia. Su importancia es Fig. 3. Distribución instantánea del empuje de viento y descomposición en tal que puede llegar a dañar fatalmente la torre comprome- componente media y turbulenta tiendo por tanto la integridad de toda la turbina. Veremos Fig. 3. Instantaneous wind thrust and decomposition into its mean and ejemplos de estos tipos de cargas a continuación. turbulent components

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2.3 Cargas dinámicas armónicas y el fenómeno de la ––Periodic dynamic loads are dynamic loads that vary resonancia periodically in amplitude or intensity with respect to Como veremos en este apartado, el análisis de la resonancia es the mean. This type of loads constitute a challenge for una característica distintiva del diseño de torres para aeroge- the structure insofar as their effects may be amplified neradores y en ocasiones es determinante en la definición de when resonance occurs. That phenomenon has crucial la geometría o incluso en la elección del material y la tipología implications, for it may damage the tower to the point of estructural de la torre y la cimentación. compromising wind turbine integrity. A few examples of these loads are shown in Figure 3. Para explicar el fenómeno de resonancia, ilustrar el origen de las cargas armónicas y el efecto que puede tener sobre la 2.3 Harmonic dynamic loads and resonance estructura de la torre, utilizaremos una analogía sencilla pero a As discussed in this section, resonance analysis is a distinc- la vez ilustrativa entre un aerogenerador y un columpio. tive characteristic of wind tower design and may at times be a Para empezar hagamos un esfuerzo en visualizarnos subidos determinant in defining their geometry or even choosing tower a un columpio de los modernos, en los que un gran muelle and foundation materials and structural typology. sustenta un asiento de madera con forma de animal o insecto. A simple analogy between a wind turbine and a spring rocker En este caso les propongo que piensen en una mariposa con may explain resonance and illustrate its effect on tower alas y dos antenas a las que agarrarse durante el vaivén (ver structure. figura 4). Sabemos que si queremos que las oscilaciones del columpio sean cada vez mayores debemos darnos impulso Imagine, for instance, one such playground device consisting in con una cadencia determinada, justo en los instantes en los a wooden animal- or insect-shaped seat atop a strong spring. que el columpio cambia el sentido del movimiento, es decir, Assume a butterfly with wings, for instance, and two antennas en la posición extrema del desplazamiento. De este modo, con for the rider to hold onto (see Figure 4). To amplify the pequeños impulsos separados un mismo periodo de tiempo oscillations, the rider must exert force just as the direction of T, somos capaces de hacer oscilar el balancín hasta alcanzar the motion changes, i.e., when the front of the butterfly is at una gran amplitud y velocidad. Seremos capaces de amplificar its lowest or highest point. When propelled with small forces el desplazamiento que conseguimos con un único impulso separated by the same time interval T, the rocker can be made aislado, incluso hasta el límite de estirar peligrosamente el to travel at high speed over a wide amplitude. The distance muelle que, dicho sea de paso, no está preparado para soportar travelled can be amplified with a single separate boost that el vaivén de un adulto de 80 kg. Este fenómeno de amplifica- might even hazardously stretch the spring (which, by the way, ción que se conoce como resonancia, se explica por la acumu- is not designed to bear the rocking movement induced by an lación de energía en un sistema en oscilación y puede darse 80-kg adult). This amplification, known as resonance, is due to porque la aportación de la citada energía se hace con una the energy accumulating in an oscillating system and can occur frecuencia característica o especial del sistema muelle-masa que when the frequency of the energy supplied is the same as a es conocida como frecuencia propia o natural de la estructura. characteristic frequency known as the natural frequency of the Ahora imaginemos mucho más, imaginemos que fuéramos lo spring-mass system. suficientemente atrevidos, grandes y pesados como para subir a Now imagine someone brave, large and heavy enough to climb la parte más alta de una góndola, como si de un gran columpio to the top of a nacelle as if it were a huge spring rocker, who,

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se tratara y que, cogidos a las palas como quien coge las antenas de la mariposa, hiciéramos mover con nuestro impulso el aerogenerador hacia delante y hacia atrás, rítmicamente, del mismo modo como lo hacíamos en el balancín infantil, acoplando con precisión nuestra cadencia de impulso a la frecuencia propia del conjunto torre-góndola. Podemos visualizar la torre como el muelle del columpio y como, debido al fenómeno de resonancia, la estructura puede llegar a caer si mantenemos nuestro balanceo indefinidamente. La aparición de fuerzas armónicas, equivalentes a nuestro balanceo sobre la góndola, es intrínseca a los aerogeneradores y en combinación con la flexibilidad de la propia torre pueden llegar a provocar el fenómeno de resonancia. Las principales Fig. 4. Analogía estructural entre un columpio tipo balancín y un fuerzas periódicas que actúan sobre la torre están asociadas aerogenerador Fig. 4. Structural analogy between a spring rocker and a wind turbine fundamentalmente a los siguientes fenómenos: ––Desplazamiento del centro de gravedad del rotor respecto grabbing the blades the way a child would grab the antennas al eje de giro debido a la diferencia de peso entre palas. La of the butterfly in the example, makes it roll back and forth excentricidad entre masa en rotación y eje de giro produce rhythmically, again like a child on a rocker, timing each impulse una fuerza centrífuga de dirección variable cuyo periodo to precisely match the natural frequency of the tower-nacelle es igual al periodo de rotación del rotor y que en el argot assembly. The tower can be likened to the spring on the rocker eólico se conoce como frecuencia F=1P (pronunciada and, like it, may collapse due to resonance if rolling is kept up como “uno p”) indefinitely. ––Influencia de la torre sobre la velocidad de viento en sus The appearance of harmonic forces, equivalent to nacelle proximidades. Este fenómeno es conocido como efecto rocking, is intrinsic in wind turbines and, in conjunction with presa de la torre en turbinas upwind y efecto sombra en tower flexibility, may induce resonance. The major periodic turbinas downwind. Como resultado de la coincidencia en forces acting on the tower are associated primarily with the la misma vertical de una pala y la torre, se produce una following factors. disminución de fuerza total de viento sobre esa pala que ––The rotor’s centre of gravity may shift relative to desequilibra momentáneamente las fuerzas actuantes en el the rotation axis due to differences in blade weights. conjunto del rotor. Este pulso se produce con una cadencia Eccentricity between the rotating mass and the rotation igual a n veces la cadencia de giro del rotor, donde n es el axis generates a centrifugal force with a variable direction número de palas y su frecuencia es, por lo tanto, F=n·P. En whose period is equal to the period of rotor rotation, el caso de aerogeneradores de 2 o 3 palas esta frecuencia es known in wind jargon as 1P frequency. conocida como “dos p” o “tres p” respectivamente. ––Asimetría de las cargas aerodinámicas sobre el plano del ––The tower affects wind speed in the environs. This is known rotor (wind-shear) que da como resultado una fuerza variable as the dam effect in upwind turbines and the shadow effect

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del viento sobre cada una de las palas, cuya magnitud es in downwind machines. When a blade and a tower concur dependiente de la posición angular del rotor. La diferencia in the same vertical plane, the total wind force on the blade de fuerzas entre las palas se traduce en una carga de flexión declines, momentarily throwing the forces acting on the en la cabeza de la estructura cuya frecuencia F es igual a la rotor as a whole out of balance. This pulse is generated frecuencia de paso de pala frente a la torre, es decir, otra at a frequency equal to n times the rotation frequency of vez F = n·P. the rotor, where n is the number of blades; its frequency ––Las diferencias del ángulo de orientación al viento entre is consequently F=n·P. In wind turbines with two or three las diferentes palas, debidas a errores en el montaje o en blades, this frequency is known as ‘two p’ or ‘three p’, el sistema automático de orientación, también dan lugar respectively. flexiones en la torre de frecuencia F=1·P. ––The aerodynamic loads on the plane of the rotor (wind ––Acción del oleaje sobre la subestructura o cimentación shear) are asymmetrical, resulting in a variable force on en turbinas offshore que puede considerarse como una each of the blades of a magnitude that depends on the superposición de cargas armónicas de diferente periodo rotor pitch. The difference in force on the blades translates que contiene gran cantidad de energía en las frecuencias into a bending load on the head of the structure whose habituales del conjunto torre-cimentación. frequency F is equal to the frequency at which the blade passes the tower, i.e., F=nP. A la luz de lo explicado en este apartado, es decir, como conse- ––Differences in blade pitch due to assembly errors or the cuencia de la combinación de cargas armónicas y comporta- automatic pitch system may also induce bending forces on miento pendular de la torre, es evidente que el diseño de un the tower whose frequency is F=1P. aerogenerador requiere de un análisis específico de sensibilidad ––Lastly, wave action on the foundations in offshore turbines de la torre frente al fenómeno de resonancia. Este análisis se may be regarded as very high energy harmonic loads of realiza comparando, por un lado las características dinámicas different periods that overlap with normal tower-founda- de la estructura, es decir sus frecuencias propias, y por otro las tion frequencies. frecuencias esperables de las fuerzas o cargas actuantes. As may be inferred from the foregoing, as a result of the En turbinas de velocidad variable, la herramienta básica y combination of harmonic loads and tower swaying, wind generalizada con la que suele hacerse este análisis se conoce turbine design calls for specific analysis of tower sensitivity como diagrama de Campbell (ver figura 5). En este diagrama se to resonance. In such analyses the dynamic characteristics of representan por un lado las frecuencias de las cargas actuantes the structure, i.e., its natural frequencies, are compared to the (eje vertical) en función de la velocidad de rotación del rotor frequencies expected to be induced by the respective forces or (eje horizontal) y por el otro las frecuencias propias de la loads. estructura. Las frecuencias de la torre son generalmente invariantes con la In variable speed turbines, the basic and most widely used velocidad del rotor y por tanto se representan en el diagrama tool for this analysis is known as the Campbell diagram (see con una línea horizontal a la altura del eje vertical coincidente Fig. 5). This diagram plots the load frequencies (vertical axis) con el valor de la frecuencia natural. against the angular velocity of the rotor (horizontal axis) and the natural frequencies of the structure. Como se ha explicado más arriba, las frecuencias de las princi-

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pales cargas armónicas que actúan sobre la torre dependen de la velocidad de rotación de la máquina, fundamentalmente de los múltiples 1P y n·P, donde n = número de palas del aerogenerador y P es la frecuencia de giro del rotor. Por lo tanto, las variaciones de frecuencia de las cargas armónicas con la velocidad de giro del rotor se representan en el diagrama de Campbell por dos rectas etiquetadas como 1P y P. Simplificando, puede considerarse que la estructura no entrará en resonancia si la línea horizontal que representa la frecuencia de la torre, no se corta con las líneas que representan la frecuencia de las cargas armónicas en el rango de las velocidades de opera- ción, definido entre la velocidad mínima (vmin) y máxima (vmax) de rotación, y que se han representado como líneas verticales en el diagrama. En este caso, las frecuencias permitidas para el conjunto torre-máquina se sitúan en las bandas marcadas en color gris que corresponden a las áreas rectangulares del diagrama que no son cruzadas por ninguna de las rectas de las Fig. 5. Diagrama de Campbell. Representación de los rangos admisibles de frecuencia de una torre eólica y de las fuerzas armónicas excitantes prove- fuerzas excitantes. Esta limitación supone un reto importante en nientes del rotor el rango de torres de media y gran altura en las que este reque- Fig. 5. Campbell diagram: rotor-induced harmonic and excitation forces rimiento puede condicionar el diseño de forma más restrictiva and range of allowable frequencies for a wind tower incluso que aquellos derivados de la resistencia estructural. En relación a su ubicación en el diagrama de Campbell, las As tower frequencies are generally unaltered with rotor speed, torres se clasifican ensoft-soft (flexible-flexible),soft-stiff (flexible- they are shown on the diagram as a horizontal line at the height rígida) o stiff (rígida) según su frecuencia se encuentre en las on the vertical axis that concurs with the natural frequency. zonas representadas en gris de la figura anterior. Si bien las torres de los primeros aerogeneradores solían ser muy robustas As explained earlier, the frequencies of the main harmonic y evitaban a toda costa cruzar las linea 3P, situándose en la loads acting on the tower depend on the machine’s rotating categoría stiff, rápidamente se optó por el situarlas en el rango speed, and primarily on 1P and nP where n = number of soft-stiff por motivos de economía de materiales, haciendo que wind turbine blades and P is the rotational frequency of the el cruce con la recta 3P durante el arranque de la turbina se rotor. Consequently, the variations in harmonic load frequency produzca de forma rápida y controlada. Para torres muy altas, with the angular velocity of the rotor are represented on the por encima de los 120 m, en un buen número de ocasiones Campbell diagram as two straight lines labelled 1P and nP. se plantean soluciones soft-soft, que requieren un sistema de The vertical lines in the diagram delimit the operating speed control del paso por la rectas 1P y 3P más complejo, evitán- range, the interval between the minimum (Vmin) and maximum dose así ciertas frecuencias de excitación “prohibidas”. (Vmax) rotational speeds. In simplified terms, the structure can be assumed to be non-resonating when the horizontal line

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2.4 Importancia de la fatiga that represents the tower frequency is not intersected by the Más allá del fenómeno de resonancia, la naturaleza oscilante lines representing the frequency of the harmonic loads in that de las cargas de un aerogenerador da lugar a que la mayoría de range. In this case, the allowable frequencies for the tower- sus componentes deba ser evaluado frente al efecto de la fatiga. machine assembly are located in rectangular areas shaded in grey and not intersected by any of the lines representing the La fatiga es un fenómeno que ocurre en la mayoría de mate- excitation forces. This limitation is a significant challenge in the riales en los que la acumulación de ciclos de carga y descarga, medium-to-very tall tower range, where the design constraints es decir el número de variaciones de tensión que soporta, stemming from this requirement may be more restrictive than puede conducir a romperlo, incluso en el caso de que los ciclos structural strength considerations. produzcan picos de tensión muy por debajo de la tensión de rotura que se obtiene en el ensayo de carga estática. Depending on where, i.e., in which of the grey bands, their frequencies lie on the Campbell diagram, towers are classified En el caso de la torre el diseño suele orientarse hacia la mini- as soft-soft, soft-stiff or stiff. Whilst the earliest wind turbine mización de sus efectos, cuidando los detalles de las zonas más towers tended to be very robust and eluded crossing the sensibles a este fenómeno como pueden ser las soldaduras y las 3P line at all costs so as to remain in the stiff category, the partes en las que se dan concentraciones de esfuerzos elevadas following generations were designed to lie in the soft-stiff como, por ejemplo, las aberturas u orificios en las paredes de la range. The aim was to save on materials while nonetheless torre, tales la puerta o los pasos de conductos. ensuring speedy and controlled intersection with the 3P line 2.5 Restricciones debidas a la flexibilidad de las palas. during turbine start-up. The soft-soft solutions often deployed Blade tip clearance for very tall (over 120 m) towers call for more complex control of the intersection with lines 1P and 3P to prevent certain Un condicionante determinante en el diseño de la torre es la ‘forbidden’ excitation frequencies. distancia entre la propia torre y la punta de pala. Este pará- metro determina el diámetro máximo de la torre a la altura en 2.4 Fatigue and its implications la que la punta de pala está más baja y en ocasiones da lugar a un estrechamiento en esa zona frente a lo que sería óptimo Irrespective of the resonance problem, given the oscillating desde un punto de vista estructural. nature of the loads borne by a wind turbine, most of its components must be assessed for fatigue. 2.6 Comportamiento sísmico y ductilidad Fatigue occurs in most materials exposed to cyclical loading Las torres eólicas, como no puede ser de otra manera, también and unloading, i.e., constant variations in the stress borne. deben estar preparadas para resistir la acción sísmica en aquellas These conditions may cause failure even where the stress peaks zonas de la tierra en la que la misma resulta significativa. Por induced by the cycles are much lower than the test load-verified desgracia para ellas, además, algunas de las zonas de la tierra ultimate strength of the element. que cuentan con un mejor recurso eólico, cuentan a la vez con Towers are generally designed to minimise the effects of unas aceleraciones sísmicas –unidas a unas condiciones geotéc- fatigue, with particular attention to detailing in the most nicas del suelo que incluso las amplifican– muy importantes. sensitive areas, including welds and components where high Es el caso claro, por ejemplo, de la zona del Istmo de Tehuan- stress concentrates, such as openings for doors or holes for tepec, al Sur de México. ductways.

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Sin embargo, a diferencia de otras estructuras, las torres de acero –posteriormente, hablaremos de los distintos materiales que pueden conformar estos elementos, pero de momento quedémonos con que este tipo de torres constituyen la enorme mayoría de las actualmente instaladas y en instalación en el mundo– apenas pueden contar con el arma fundamental, y deseable, con la que todas las estructuras cuentan para resistir los efectos sísmicos: la ductilidad, o capacidad de un material de experimentar deformaciones plásticas, siendo capaz de disipar así una gran cantidad de la energía introducida por el sismo, sin llegar a romper. ¿Y por qué esto es así? ¿Por qué no se utiliza el recurso que ya desde hace tiempo se ha demostrado como más eficaz? La respuesta es sencilla: economía de costes de acuerdo a las características de la industria de las torres eólicas de acero. En efecto, el ajustado precio del acero al que hoy en día se ha llegado en las torres eólicas –basta decir que el kg de acero en torre eólica cuesta aproximadamente unas 3 veces menos que el kg del mismo tipo de acero en, por ejemplo, un puente– ha sido alcanzado a través de la reducción hasta el máximo exponente de la mano de obra, contándose con tubos formados a base de chapas curvadas, y soldadura automatizada en fábricas alta- mente especializadas. La ausencia de rigidización interior, con el objeto de limitar la mano de obra que la misma requiere, hace Fig. 6. Requerimientos geométricos debidos a la deformación de la pala Fig. 6. Geometrical requirements imposed by blade deformation que las secciones que conforman una torre eólica sean secciones tremendamente esbeltas –con relaciones entre sus dimensiones 2.5 Constraints owing to blade flexibility. Blade tip y su espesor enormes– cuyos modos de fallo vienen regidos por clearance fenómenos de inestablidad, a tensiones de trabajo inferiores a Another conditioning factor in tower design is the distance su límite elástico, es decir antes de que se produzca la primera between the tower and the blade tip. This parameter determines plastificación del material. Estos fenómenos de inestabilidad the maximum tower diameter at the lowest blade tip height, o abolladura son de todo menos dúctiles, llevando a roturas giving rise on occasion to a narrower dimension in this area súbitas y enormemente frágiles que no disipan apenas energía, than would be structurally optimal. ni avisan de manera previa, debiéndose por tanto diseñar estas estructuras sin poder aprovechar este fantástico recurso que el 2.6 Seismic behaviour and ductility acero, como material estructural, tiene en su seno. Esta realidad Wind towers must logically also be designed to withstand al día de hoy constituye una excepcionalidad y rareza –y un cierto seismic action in areas of the world where such forces may be

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contrasentido, si no se conocen bien las implicaciones de este significant. Unfortunately for them, some of the areas of the fenómeno– dentro del mundo estructural, y teniendo en cuenta planet with the best wind resource, such as the Tehuantepec las aplicaciones directas a modo de receta que en ocasiones se Isthmus in southern Mexico, are also characterised by very hace de la normativa sísmica, puede llegar a ser peligroso. significant seismic acceleration, amplified by the geotechnical Por el contrario, se da la paradoja que torres fabricadas con un conditions of the soil. material teóricamente menos dúctil que el acero, como es el Nonetheless, unlike other structures, steel towers (a later hormigón –y lo que aún es más, que la ductilidad que posee le section discusses the types of materials that can be used, but viene dada por las barras de acero que aloja en su interior– sí be it said for now that this is the most widespread type of pueden aprovechar esta característica, no siendo necesario su tower the world over) lack an essential and desirable feature refuerzo con respecto a torres estrictamente no sísmicas hasta for resisting the effect of earthquakes: ductility. This is defined superarse valores muy altos de las aceleraciones inducidas por as the capacity of a material to undergo plastic strain, thereby el sismo. dissipating much of the energy generated by a quake without breaking. 3. Tipos de Torres Eólicas Why? Why not use the resource that has proven to be most En la actualidad la construcción de torres para aerogenera- effective over the years? The answer is simple: the cost dores se realiza fundamentalmente en acero, en hormigón o structures that characterise the steel wind tower industry. combinando estos dos en soluciones híbridas. Esta dualidad, The low price of the steel prevailing today in wind towers que en la práctica excluye a materiales alternativos, se explica (for which the material costs approximately three times less debido a la economía, a la disponibilidad universal en calidades than the same type of steel used in bridges, for instance) has estandarizadas y al maduro desarrollo tecnológico de estos dos been attained by reducing labour to a minimum. The tubes materiales. used consist of curved sheet steel robotically welded in highly Las características particulares de uno y otro material dan specialised factories. As wind tower modules are not stiffened lugar a las diferentes posibilidades estructurales, alternativas de on the interior to elude the labour that would entail, they are fabricación, transporte o montaje que veremos a continuación. tremendously slender, with huge size-to-thickness ratios. Failure 3.1 Torres de acero y su límite económico conforme is therefore governed by instability and takes place at working aumenta la altura stresses under the material’s yield stress, i.e., at values lower than required for its plastification. Instability and denting, which are El acero ha sido y es el material más utilizado en la cons- anything but ductile, induce sudden and enormously brittle trucción de torres eólicas. Entre sus propiedades mecánicas failure characterised by scantly any energy dissipation and no destaca la elevada relación entre resistencia y masa que da lugar prior warning signs. These structures must, then, be designed a estructuras ligeras y de gran capacidad resistente. without capitalising on that splendid and intrinsic feature Entre las torres de acero destacan fundamentalmente tres (ductility) of structural steel. This circumstance, both exceptional tipologías: and rare in today’s structural world (as well as contradictory, if ––Tubulares. En este caso la torre se construye por yuxta- the implications of the phenomenon are not well understood), posición de tramos metálicos, generalmente de sección may even induce hazardous outcomes if seismic legislation is variable. Cada tramo está formado por una sucesión de applied unreflectingly, as is sometimes the case.

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chapas curvas que se sueldan entre sí y cuyo diámetro y In paradoxical contrast, towers made with a theoretically less espesor varía progresivamente con la altura. Esta progre- ductile material than steel, namely concrete (which owes its sividad en grosor de chapa y geometría permite dar a la ductility to the steel reinforcing bars housed in its interior), can estructura una capacidad resistente lo más ajustada posible capitalise on that characteristic, and need not be strengthened a las exigencias estructurales en cada posición. La combi- more than strictly 'non-seismic’ towers except where quake- nación entre ligereza y monolitismo de las torres tubu- induced acceleration is expected to exceed very high values. lares de acero son dos ventajas decisivas en el rango de torres de altura moderada ya que, debido a su menor peso y menor número de elementos frente a la solución equiva- 3. Types of Wind Towers lente en hormigón o las celosías, la torre de acero es más Today’s wind towers are made essentially of steel, concrete or fácil de manipular, transportar, almacenar y montar. En la a combination of the two. The reasons for the prevalence of actualidad es la tipología más frecuente para máquinas de these two materials to the exclusion of other alternatives lie in media y gran potencia en el segmento de torres de alturas economy, their universal availability to the necessary standard hasta 80-90 m. quality and the maturity of their technological development. ––Celosías. Se configuran a partir del ensamblaje de vigas de The specific characteristics of the two materials give rise to acero de corta longitud de manera similar a una de las más differences in structural possibilities, manufacturing alterna- famosas torres de la historia: la Torre Eiffel de París. Fueron tives, transport and assembly, as discussed below. utilizadas profusamente en las primeras turbinas comerciales hasta mediados de la década de los 80; sin embargo 3.1 Steel towers and their height-related economic limits en la actualidad no son de uso común, fundamentalmente Steel has been and continues to be the material most commonly debido a su elevado coste en tiempo de montaje y a los used in wind towers. One of its most outstanding mechanical altos requerimientos en términos de inspección y manteni- properties is its high strength-to-mass ratio, which yields light- miento de sus numerosas uniones entre elementos. Existe, weight structures with large bearing capacities. en todo caso, al menos un tecnólogo muy importante que Three types of steel towers can be distinguished. en la actualidad está intentando revivir esta tipología de ––Tubular towers are built by joining steel modules, normally torre para grandes alturas. with variable sections. Each module consists in a series of ––Atirantadas. Este tipo de torre está compuesta esencial- welded curved sheet steel units with diameters and thick- mente por en un fuste o mástil principal que soporta la nesses that taper with height. By tapering material thickness máquina y que, por debajo de la altura de punta de pala, se and geometry, the bearing capacity of the structure can rigidiza con un sistema de tirantes estabilizadores tensados be made to match the structural demands at each position y anclados al terreno. En este tipo de torre se reducen very closely. The combination of levity and monolithic las dimensiones de la cimentación a costa de ocupar más behaviour are two distinct advantages for towers in the espacio. Esta tipología fue introducida desde los primeros moderate height range, where lighter weight and a smaller pasos de la industria, pero no ha tenido continuidad en number of elements than needed for equivalent concrete su desarrollo y actualmente su uso se limita a pequeñas or lattice solutions make tubular towers easier to handle, turbinas de autoabastecimiento. ship, store and assemble. Tubular design is presently the

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Una de las limitaciones principales de la torre de acero tubular most popular typology for medium and large capacity es el diámetro máximo transportable por carretera que, debido machines installed in towers up to 80-90 m tall. a las restricciones de gálibo, está limitado a unos 4.5 m en la ––Lattice towers are built by assembling short steel beams mayoría de países. in much the same way as found in one of history’s most Por este motivo la torre metálica es menos competitiva a partir famous structures: the Eiffel Tower at Paris. They were de los 100 metros de altura ya que debido la existencia de un used profusely through the mid nineteen eighties in the diámetro máximo en la base se requieren grandes espesores de earliest commercial towers. Today, however, they are chapa para resistir las cargas. Además, esta limitación geométrica uncommon due primarily to the lengthy assembly times hace que en ocasiones sea muy difícil y caro ajustar la frecuencia involved and strict inspection and maintenance require- de la torre dentro de los rangos admisibles del aerogenerador. ments for their many inter-element connections. Nonethe- less, at least one major technology supplier is attempting to 3.2 Torres de hormigón revive this typology for very tall towers. El desarrollo tecnológico de torres de hormigón se puede ––Cable-stayed towers consist essentially in a main shaft or considerar como reciente, ya que hasta los primeros años de mast that supports the machine and which, from the blade este siglo no fue utilizado en turbinas de gran potencia. Sin tip height down, is stiffened with tensed cables anchored embargo, las interesantes características que se revelan más to the ground. Although the foundation dimensions are adelante han impulsado enormemente su implantación, siendo smaller in such towers, more above-grade space is needed. actualmente, quizás, el material preferido en la construcción de These structures were introduced in the earliest stages of torres de gran altura. the industry, but as their development failed to progress, Como material estructural, el hormigón posee una elevada capa- today their use is confined to small turbines for self-supply. cidad a compresión pero apenas resiste fuerzas de tracción, por One of the major constraints on the use of tubular steel towers lo que resulta necesario emplear materiales adicionales –barras is that, given road clearance restrictions, the maximum lorry- de acero embebidas en el mismo, generalmente– que resistan shippable diameter is around 4.5 m in most countries. este tipo de fuerzas. Adicionalmente, la necesidad –discutible For that reason steel is less competitive for towers 100 metres hasta cierto punto, por otra parte– de mantener las secciones de tall or taller, for with that maximum base diameter, very thick torre completamente comprimidas para un determinado nivel sheet steel is required to bear the loads. Moreover, this geo- de cargas, exige un sistema de cables de acero de pretensar que metric constraint may also make it very difficult and expensive precompriman la torre, evitándose así la aparición de fisuras. to contain tower frequency within the turbine’s allowable ranges. Desde un punto de vista estructural, frente a la diversidad en los esquemas resistentes de las torres de acero, la forma habitual de 3.2 Concrete towers la torre de hormigón es la tubular de sección variable. Frente Concrete towers can be regarded as a fairly recent develop- a la solución análoga en acero, la torre de hormigón resulta ment, for they were not used in large capacity turbines until una estructura de mayor peso total, quizás del orden de 3 a 4 early in this century. That notwithstanding, the advantages veces más, pero de menor coste de fabricación, además de ser discussed below have driven their deployment enormously, este material poco susceptible a fluctuaciones temporales en making concrete, perhaps, the material of choice for building su precio que, de manera general, se mantiene muy constante. very tall towers.

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A pesar de su menor coste, la utilización del hormigón en As a structural material, concrete has high compressive but very soportes para aerogeneradores no se extendió hasta la llegada low tensile strength. Steel bars must therefore be embedded in it de los primeros sistemas de torre de hormigón prefabricada. to withstand tensile stress. Moreover, the (perhaps questionable) La fabricación de la torre de hormigón en plantas especiali- need to maintain tower modules wholly compressed to a given zadas permitió dar un salto decisivo situando a las torres de load level calls for a system of steel cables to prestress the tower hormigón en el camino de la industrialización y resolviendo de with a view to preventing the appearance of cracks. paso uno de los escollos de la construcción in situ: los largos Structurally speaking, in contrast to the variety of options plazos no compatibles con el sector. available in steel towers, concrete towers are usuallyof one type La ventaja más destacada de la torre de hormigón prefabricada only: tubular with a variable section. They are on the order es la divisibilidad de los tramos en dovelas frente al mono- of three- to four-fold heavier overall than the analogous steel litismo de los tramos metálicos. La posibilidad de dividir los solution, although their manufacturing cost is much lower. tramos de hormigón en subtramos o dovelas y de unirlos con This material is also less prone to price fluctuations, with costs medios sencillos en la posición definitiva, resuelve el problema remaining essentially constant over time. del transporte por carretera de las torres metálicas de gran Despite this economic advantage, concrete only came of age diámetro y convierte a la torre de hormigón en la mejor alter- as a support for wind turbines with the advent of the earliest nativa para torres de gran altura. precast concrete tower systems. Concrete tower fabrication Una particularidad importante de la solución de torre de at specialised plants drove a decisive leap forward in concrete hormigón es el moderado coste de implantación de las insta- tower industrialisation, thereby solving one of the drawbacks laciones de fabricación, sobre todo si lo comparamos con la of in-situ construction: the long turnaround times that are inversión necesaria para la fabricación de torres de acero. Esta incompatible with the wind industry. característica elimina la dependencia de un número limitado de The most prominent advantage of precast concrete towers is proveedores de torres, habilita la producción en las inmedia- that their modules can be divided into segments or units, in ciones del parque, reduce los costes de transporte y fomenta contrast to the monolithic nature of steel modules. This subdiv- el desarrollo socioeconómico de la región mediante la creación ision of concrete modules into sub-modules or segments that de puestos de trabajo y la dinamización de la economía local. can be readily interconnected and secured into their perma- 3.3 Otras opciones. La combinación de materiales nent position solves the problem of road transport to which Como solución alternativa a las torres de acero y a las de large diameter steel towers are subject, making concrete the hormigón, se encuentra destacada la torre hibrida, que combina most suitable option for very tall towers. la torre de hormigón en los tramos inferiores y la torre metálica Another significant feature of the concrete tower solution is en la parte superior, empleando mayoritariamente la estructura the moderate cost of building precasting plants, particularly in tubular. Esta combinación se beneficia de los puntos fuertes comparison to the investment required to manufacture steel de cada sistema: grandes diámetros en la base y elementos towers. That characteristic eliminates the dependence on a ligeros la parte alta de la torre y tiene, por tanto, un rango de short number of tower suppliers, furthers production at sites alturas en las que resulta competitiva, precisando a cambio la near the farm (thereby lowering transport costs), and drives utilización de distintos proveedores para la torre y contar con social and economic development in the area by creating jobs una conexión de cierta complejidad en altura. and spurring the local economy.

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4. La Torre Tubular Modular como Sistema 3.3 Other options. Combining materials Constructivo Estándar en la Industria Eólica One prominent alternative to steel and concrete towers is the En la actualidad, en el caso de turbinas comerciales de (predominantly tubular) hybrid tower, with concrete lower tamaño medio y grande, las torres de acero y de hormigón and steel upper modules. This combination benefits from the se conforman a partir del ensamblaje de subelementos de strengths of both systems: large diameters at the base and light- menores dimensiones que hacen posible su fabricación en weight elements at the upper elevations. The range of heights is plantas industrializadas, permiten el transporte por carretera y likewise competitive, although this system involves depending también el montaje en posición definitiva con medios relativa- on more than one tower supplier and calls for fairly complex mente económicos. Esta segmentación convierte a la torre en operations at considerable heights to connect the two materials. modular y permite, salvo raras excepciones, reducir los costes globales respecto a los de la construcción in situ. 4. The Modular Tubular Tower as a Standard Wind Las torres modulares suelen dividirse en tramos y éstos, si Industry Construction System resulta de interés práctico, subdividirse en dovelas. The steel and concrete towers presently used for medium and 4.1 Tramos large commercial turbines consist in a series of smaller sub- El tramo es el elemento primario del que se componen las elements that can be manufactured in industrialised plants, torres modulares y sus parámetros fundamentales de diseño transported by road and assembled into their permanent son su longitud y diámetro. Sus dimensiones y pesos máximos position relatively inexpensively. With rare exceptions, this se definen en función de las restricciones impuestas por las modulation entails lower overall costs than incurred in on-site instalaciones de fabricación, la transportabilidad y la racio- construction. nalización de los medios de montaje. De nuevo, como en la Modular towers are divided into sections which, where elección de la altura de torre, debe hacerse un ejercicio de necessary for practical purposes, are subdivided into segments. análisis coste-beneficio para encontrar una distribución óptima de longitudes de tramo en el que se equilibra por un lado la 4.1 Sections minimización del número de operaciones de montaje y por el The primary design parameters for sections, the basic otro la minimización en términos de exigencia de capacidad de elements in modular tower construction, are their length and los medios de manipulación, transporte y montaje. diameter. Their size and weight are defined in keeping with the constraints imposed by manufacturing facilities, shippability Habitualmente el transporte por carretera suele fijar las dimen- and the rationalisation of assembly facilities. As in the choice siones máximas de los tramos en altura máxima de pieza trans- of tower height, a cost effectiveness study must be conducted portable, debido a los requerimientos de gálibo en el paso to determine the optimal distribution of section lengths, bajo puentes, túneles u otros elementos viarios. Tal como se striking a balance between the minimisation of assembly apuntaba cuando hablábamos de las limitaciones de la torre de operations and maximum handling, shipping and assembly acero, las piezas transportadas por carretera suelen tener como resource capacity. máximo una altura de 4.30 a 4.50 metros de manera que éste suele ser el valor del diámetro máximo habitual en torres de Road transport constraints such as bridge, tunnel or similar sección circular no divididas en segmentos. clearances are normally what limit the maximum size (height)

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4.2 Dovelas of each shippable element. As noted in the discussion on steel La dovela introduce un grado de libertad adicional en la configu- tower limitations, elements transported by road are normally ración, el transporte, la manipulación y el montaje de las torres, no more than 4.30 to 4.50 m high. That, then, is usually the multiplicando las opciones de diseño y la versatilidad construc- maximum diameter of circular section towers not divided into tiva de las soluciones modulares más simples. La subdivisión segments. de los tramos en dovelas permite relajar las restricciones de transporte tanto en ancho, como en alto como en peso máximo, 4.2 Segments or units venciendo las habituales limitaciones del parámetro funda- Segments bring an additional degree of freedom to tower mental del diseño resistente de una torre: el diámetro en la base. configuration, transport, handling and assembly, improving Esta subdivisión ha permitido el desarrollo de las torres altas, on the design options and construction versatility of simpler y ha supuesto el impulso definitivo de las torres prefabricadas modular solutions. When modules are subdivided into de hormigón frente a las soluciones clásicas de tubo metálico segments, width, height and weight shipping constraints completo gracias a la ventaja competitiva que suponen los can be more readily accommodated, eliminating the normal nuevos los tramos de gran diámetro conformados por dovelas restrictions on the essential structural design parameter in transportables por carretera. towers: the diameter of the base. The competitive edge inherent in the subdivision of large 4.3 Uniones e interfaces diameter modules into road-shippable segments has fuelled La torre, elemento intermedio de transferencia de cargas, the development of tall towers and ultimately driven the use personas y materiales, comparte interfaces con góndola y of precast concrete rather than conventional all-steel tube cimentación. En el contacto con estos componentes debe solutions. asegurarse continuidad en los siguientes aspectos: ––Continuidad a nivel estructural. Se materializa mediante 4.3 Connections and interfaces una unión mecánica que garantiza la transmisión de cargas The tower, the intermediate member in the transfer of loads, de góndola a torre y de torre a cimentación así como entre people and materials, shares interfaces with the nacelle and los tramos o dovelas de la propia torre. La definición de la the foundations. Contact with these components must ensure unión depende de la tipología y material de la torre, siendo continuity in a number of respects. común la unión mediante bridas en torre metálica o la unión ––Structural continuity is attained by mechanical connections mediante una pieza de transición metálica en las torres de that guarantee load transfer from the nacelle to the tower hormigón. En las torres de hormigón, las uniones entre and from the latter to the foundation, as well as between dovelas y entre tramos suele realizarse mediante hormi- tower sections or segments. The nature of these connec- gonado in situ de las juntas o mediante cables o barras tions depends on tower type and material: flanges are de acero que cosen los elementos aplicando una fuerza de ordinarily used in steel towers and continuing or transi- compresión a lado y lado de la junta. tion steel in concrete towers. In the latter, segments and ––Continuidad a nivel de paso de personas. Como ejemplo sections are normally inter-connected with cast-in-place de esta interfaz encontramos la puerta que, en la base de la concrete joints or stitching cables or bars with the applica- torre, sirve como elemento de conexión y acceso entre la tion of side-to-side compression at the joint.

224 225 X.II. TORRE • TOWER

máquina y el exterior y se diseña para asegurar el paso de ––Pedestrian traffic continuity must also be assured. One trabajadores y equipos. such interface is the door at the base of the tower designed ––Continuidad a nivel de conexión eléctrica y telecomu- for staff and equipment entry, which provides access to nicaciones. La torre ha de prever la conexión y paso de the machine and connects it to the exterior. los cables de potencia y sistemas de control conectan la ––Electrical and telecommunications continuity is likewise máquina con el exterior, permiten verter a la red eléctrica essential. Towers must be fitted with openings to accom- la potencia generada y controlar y monitorizar la turbina de modate power and control system cableways for delivery forma remota. of the power generated to the grid and turbine remote control and monitoring.

4.4 Internal components One of the tower’s non-structural purposes is to house a series of elements known as internals. These include assembly and maintenance working platforms, frames for securing equipment, electrical components and access and evacuation elements (normally a lift and a staircase).

4.5 The despotic rule of cranes The need for heavy lift resources is an intrinsic characteristic of tower assembly, given the height and dimensions of the elements involved. Even where towers are constructed on site using self-climbing formwork, for instance, a huge crane is needed to position the nacelle and the rotor at the top of the structure. Today’s market trend toward taller, higher capacity and heavier turbines is largely limited by the high cost of cranes, their often scant availability and the requirements they impose on wind farm civil works in connection with the minimum size of access roads, platforms and curve radii. All these factors ultimately have a heavy impact on project costs. For those reasons, the maximum nacelle (or nacelle plus rotor, as appropriate) weight that can be hoisted by the crane is the parameter that defines the maximum length and weight of the upper tower sections: i.e., their weight may not constitute an additional capacity requisite that might compromise hoisting Fig. 7. La torre tubular modular / Fig. 7. The modular tubular tower of all elements in the shortest possible time.

224 225 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

4.4 Elementos internos de torre 4.6 Alternative assembly systems to overcome today’s Una de las funciones no estructurales de la torre es albergar un constraints: telescopic self-lifting precast concrete towers conjunto de elementos conocido como internos de torre. En At this writing, in light of the considerable design convergence este grupo se incluyen plataformas de trabajo para las tareas de around the materials used and manufacturing costs, tower montaje y mantenimiento, bastidores de sujeción de equipos, solutions can be said to compete more than ever in terms of equipos eléctricos y los elementos acceso y evacuación, gene- reducing the time and resources needed for assembly. Lowering ralmente un elevador y una escalera. wind turbine costs is tantamount to lowering assembly costs, in which minimisation inevitably calls for eliminating the need for 4.5 La dictadura de las grúas a large crane to hoist the turbine into position. La necesidad de medios de elevación de gran potencia es una That is precisely the approach that Esteyco has been further- característica inherente a la altura y las dimensiones de los ing for some time with the design and construction of the first elementos que intervienen en el montaje de aerogeneradores. telescopic self-lifting wind tower, illustrated in Figures 8 and 9. Incluso en aquellos en los que la construcción de la torre se realiza in situ, por ejemplo mediante el empleo de encofrados A telescopic tower is a modular precast concrete tower in which trepantes, la coronación de la estructura con la góndola y el the sections are assembled at low heights. Like in an onion or a rotor requiere el posicionamiento de una gran grúa. matryoshka doll, they are mounted at foundation level, with the smaller sections enclosed inside the larger ones. This system La tendencia actual del mercado hacia torres más altas y requires the use of only small capacity, readily available cranes turbinas más potentes, y pesadas, está viéndose en gran medida with low direct (rental or purchase) and indirect (requirements limitada como consecuencia del coste directo de las grúas, muy imposed on the farm’s civil works) costs. elevado; su disponibilidad, en ocasiones muy escasa, y también de los requerimientos que en la obra civil del parque acaban The nacelle and rotor are positioned atop the head of the imponiendo en cuestiones como las dimensiones mínimas de tower before telescopic lifting begins, and the entire struc- los viales y plataformas, parámetros de trazado mínimos, etc. ture is raised by hydraulic jacking. The replacement of high En definitiva, todas ellas resultantes en importantes impactos capacity cranes with these hydraulic jacks, with a very low cost- en el coste del proyecto. to-weight hoisted ratio, naturally leads to a dramatic reduction Es por ello por lo que de hecho, la capacidad de la grúa para in the cost of the process as a whole. A second advantage la elevación del peso máximo de la góndola –o de góndola + includes the broadening of the wind speed windows compa- rotor, si fuera el caso– es el parámetro que define la longitud y tible with assembly, throughout which the working platform is peso máximo de los tramos superiores de la torre de forma que positioned at a mere 35-40 m off the ground. el peso de éstos no introduzca un requerimiento adicional en términos de capacidad, de manera compatible con la elevación de todos los elementos en el mínimo tiempo posible.

(pag. siguiente) (opposite page)

Fig. 8. Torre telescópica autoelevable de hormigón prefabricado de Esteyco Fig. 8. Esteyco’s pre-cast concrete telescopic self-lifting tower

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4.6 Sistemas de montaje alternativos que superan las limitaciones actuales: torre telescópica autoelevable de hormigón prefabricado Hoy por hoy, debido a la notable convergencia entre los diferentes diseños en términos de utilización de materiales y costes de fabricación, puede afirmarse que la competitividad entre las soluciones de torre está más ligada que nunca a la reducción de tiempos y medios requeridos en el montaje. Si el camino de la reducción de costes de un aerogenerador pasa por la disminución de los costes de montaje, minimizar el principal coste de montaje pasa ineludiblemente por eliminar el requerimiento de la gran grúa para la elevación de la turbina. Este es precisamente el camino que desde hace ya un tiempo comenzamos a andar en Esteyco, impulsando el diseño y la construcción de la primera torre teles cópica autoelevable para aerogeneradores, que se puede ver en las figuras 8 y 9. La torre telescópica es de nuevo una torre modular de hormigón prefabricado en la que el montaje de los tramos se realiza a baja altura. Siguiendo el esquema de las capas de una cebolla, o el de una muñeca rusa, los tramos se ensamblan a cota de cimen- tación, envolviendo los unos a los anteriores e involucrando únicamente grúas de poca capacidad, alta disponibilidad y bajo coste –directo de su alquiler o compra pero también indirecto de los requerimientos que impone en la obra civil del parque. La góndola y el rotor se sitúan en la cabeza de la torre antes de comenzarse con la operación de izado mediante el telescopaje, que lleva a la elevación de todo el conjunto mediante el acciona- miento de un sistema de gatos hidráulicos. El cambio de grúas de alta capacidad por estos gatos hidráulicos –con una relación bajísima Coste/Peso elevado– lleva, naturalmente a una reduc- ción dramática en el coste de todo el proceso, además de tener otra serie de ventajas secundarias, como es la ampliación de las ventanas de viento compatibles con el montaje –recordemos que durante todo el proceso de izado, únicamente se trabaja desde una plataforma ubicada a unos 35-40 m desde el suelo– al estar trabajándose a mucha menor altura.

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5. Conclusiones 5. Conclusions Esta breve introducción a las torres eólicas, basada en una This brief introduction describes the main characteristics and revisión de sus principales características, sus componentes components of wind towers, their most common conditioning y también de los condicionantes y alternativas de diseño más factors and design alternatives as well as their structural habituales, junto a la aproximación al comportamiento estruc- behaviour and the type of loads borne. The aim is to enhance tural y al tipo de cargas que debe soportar, nos permite ahora the reader’s understanding of the difficulties involved in analy- conocer mejor las dificultades de análisis y encaje de una sing and erecting these only apparently simple structures. estructura de apariencia simple. As noted, tower classification based on constituent materials, Según se ha visto, la clasificación de las torres de acuerdo a los structural typology or assembly and construction method is materiales constitutivos, la tipología estructural o el método indicative of the many design options available. In light of de ensamblaje y construcción revela las múltiples opciones de that variety, along with the choice of hub height and other less diseño que en combinación con la elección de la altura de buje technical, more political or social parameters (such as require- y otros parámetros de carácter menos técnico y más político o ments in connection with local content and manufacture in social, como puede ser la necesidad de contenido y fabricación some countries), tower design is seldom a clear-cut choice; locales en determinados países, hacen que no siempre exista rather, any one of several good approaches may be equally una solución de torre que destaque claramente sobre el resto suitable. y que para un mismo problema puedan plantearse diversas buenas soluciones para resolver el diseño.

(izquierda / left)

Fig. 9. Torre telescópica de Esteyco Fig. 9. Esteyco’s telescopic tower 230 231 X.III. LA BASE DE LO VISIBLE. CIMENTACIONES DE AEROGENERADORES / WHAT DOESN’T MEET THE EYE: WIND TURBINE FOUNDATIONS MANFRED PETERSEN

1. Mirando a lo no visible: Introducción 1. A look into what can’t be seen: Introduction Cuando me dicen que dibuje un árbol, ¿qué pinto?. Un tronco, When asked to represent a tree on paper, what do we draw? A las ramas y hojas. Pero eso solamente es una mitad de la verdad, trunk, the branches and the leaves, right? But that’s only about hay raíces que ocupan un tanto más, aunque no son visibles. half of the truth: trees have roots that take up nearly as much Lo mismo ocurre con los aerogeneradores. Hay una parte space, although you can’t see them. visible y una parte enterrada, la cimentación, que finalmente You can say the same about wind turbines: part is visible and a no se ve. Y todo eso encima de un terreno del que habitual- second part, the foundation, lies underground. And they need mente solo tenemos información en forma de pinceladas, con to be built on soil about which we generally have only very las que nos tenemos que hacer una idea más general, buscando sketchy information that has to be rounded out from a variety información de varias fuentes. of sources. Las cimentaciones quedan ocultas, pero pueden complicar la Although concealed, foundations may cause problems during construcción, dar problemas en la vida útil y costar bastante construction or the service life of the structure that translate dinero. Lo mismo ocurre también en otros tipos de estructuras into substantially higher costs. Wind turbines are no diffe- como, por ejemplo, son los puentes y edificios. Ahora bien: rent in that respect from other structures such as bridges and ¿cuáles son las peculiaridades de las bases de los molinos de buildings. What then, makes such foundations any different? viento?. 2. How the force of the wind can be resisted and 2. La fuerza del viento, cómo resistirla y transferred to the soil transmitirla al terreno May wind turbine foundations slide, i.e., move horizontally ¿Pueden las cimentaciones de los aerogeneradores sufrir desli- under the force of the wind? No. Why not? zamiento, es decir, un movimiento horizontal debido a la The load system in wind turbine generators (WTG) is a little fuerza del viento? No. ¿Por qué no?. peculiar. The wind acts primarily on the blades which sweep an Los aerogeneradores tienen un esquema de cargas algo peculiar. area whose centre is typically at the hub, 80 to 120 m off the El viento actúa principalmente sobre las palas, aplicado en ground in most of the machines built today. The thrust of the el centro del área barrido por las mismas a la altura de buje, wind on the tower itself is less significant, while the total hori- típicamente, y hablando de las máquinas más habituales en la zontal force may range from 800 to 1 000 kN (80-100 tonnes). actualidad, a unos 80 a 120 m de altura. El empuje del viento sobre el fuste de la torre no es tan importante. La fuerza hori- Consequently, the vertical weight of the blades, nacelle and zontal puede estar en torno a 800-1 000 kN (80-100 toneladas). tower, around 3 000 kN (300 tonnes) is not much of an issue Fig. 1. Árbol con raíces que normalmente no se ven; Torre con cimentación Fig. 1. Tree with roots not normally seen; tower with foundations not que tampoco se ve normally seen either

230 231 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

El peso vertical del conjunto palas, nacelle y torre tampoco lo in 100-m high steel towers, although taller concrete towers, es tanto: unos 3 000 kN (300 toneladas) en torres de acero 120 m for instance, weigh considerably more, around 10 000 de 100 m. En torres de hormigón más altas, por ejemplo de kN (1 000 tonnes). 120 m, resulta superior, alcanzándose unos 10 000 kN (1 000 The force at the base of the tower that really matters, however, toneladas). is the moment, i.e., the horizontal force multiplied by the La fuerza en base de torre, que realmente sí es importante, es height of the hub, 800x100=80 000 kNm. And what exactly el momento, la fuerza horizontal multiplicada por la altura de is the concern? The fear is that the tower and the foundations buje: 800 x 100 = 80 000 kNm. ¿Y eso qué supone?. Que la below could turn over. Safety against overturning is defined as torre con su cimentación debajo puede volcar. La seguridad the resisting moment (the total weight times the lever arm to frente al vuelco se define como el momento estabilizador (que the overturn point) divided by the overturning moment (which es el peso total por el brazo hasta el punto de vuelco) entre el comes from the tower). momento desestabilizador (que viene de la torre). Therefore, foundations must (i) cover a large area and (ii) Por lo tanto, la cimentación tiene que tener (i) unas dimensiones be very heavy to ensure stability. ‘Gravity foundations’ are importantes y (ii) mucho peso para garantizar la estabilidad. normally used. What engineers seek, then, is a geometry that Se emplean, habitualmente, “cimentaciones de gravedad”. Se will prevent overturn and to design a ‘minimum footing’ busca, entonces, la geometría necesaria para que no vuelque whose weight plus the weight of the backfill is often upward y se obtiene la “zapata mínima”, cuyo peso más el peso del of 13 000 kN (1 300 tonnes). relleno de tierra encima frecuentemente supera los 13 000 kN Moderate horizontal force cannot move such a structure’s own (1 300 toneladas). self weight: La moderada fuerza horizontal no puede mover el gran peso F horizontal = 800 kN propio: F vertical· tan d = (3 000 + 13 000)· tan 20º = 16 000 · 0.36 = 5 800 kN F horizontal = 800 kN F horizontal << F vertical· tan d F vertical· tan d = (3 000 + 13 000)· tan 20º = 16 000 · 0.36 = 5 800 kN That is why wind turbine footings do not slide. F horizontal << F vertical· tan d Where foundations are (exceptionally) built in rock, they can Es éste el motivo por el que no deslizan las zapatas de be ‘weighed down’ with special prestressed anchorages to aerogeneradores. capitalise on the weight of the rock itself, thereby saving on En casos especiales, en cimentaciones sobre roca, se le puede concrete and lowering the high cost of excavating in rock. “proporcionar más peso” con unos anclajes pretensados hacia All the above calculations do not suffice, however. The soil abajo, activando así el peso de la misma roca, lo que ahorra below must also be checked for sufficient bearing capacity. If it hormigón y reduce la costosa excavación en roca. cannot bear the stress transferred to it by the foundations, the Sin embargo, las comprobaciones anteriores no son suficientes. pressure can be reduced by increasing the size of the founda- También hay que comprobar si el terreno inferior tiene capa- tions or by treating the soil (replacing the upper soft layers with cidad portante suficiente. Si la tensión admisible del terreno more competent material or making other improvements, such no soporta la presión transmitida por la cimentación, se puede as injecting gravel or mortar or mixing the soil with cement or

232 233 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

aumentar su dimensión, reduciendo así las presiones sobre el suelo, pero también se puede tratar el terreno (sustituir las capas superiores blandas por suelo más competente, o aplicar mejoras del suelo diversas, por ejemplo, introduciendo inclu- siones de grava o mortero o mezclar el terreno con cemento F o cal) o ir a una cimentación profunda, mediante pilotes, h, wind blades buscando capas más competentes. Un requerimiento adicional y específico de las torres eólicas es la rigidez rotacional del sistema de cimentación. ¿Y eso que significa?. La torre misma tiene que tener una base que, bajo los momentos, no gire demasiado, porque si es demasiado flexible, la torre podría tener problemas con su frecuencia propia de vibración. El viento y los giros de las palas excitan la torre con h una frecuencia. Ésta no debe estar cerca de la frecuencia propia tower hub F de la torre, porque la podría llevar a la resonancia, con el conse- h, wind tower cuente peligro de aumentos incontrolados de esfuerzos en la torre y producir su colapso. Así que la estructura de la cimen- tación y, sobre todo, el terreno inferior tienen que cumplir unas exigencias mínimas de rigidez. La fórmula básica para evaluar la

rigidez rotacional muestra que los parámetros que más influyen Fv, tower + nacelle G son el módulo de rigidez al corte del terreno ( ), el coeficiente Mwind

de Poisson (ν) y el radio de la zapata (r). Fv, soil Fv, soil 3 h kθ = 8 Gr /3(1-ν) ≥ kθ, min F footing h, wind total A Conviene recordar que la rigidez del suelo no se comporta F de forma lineal, sino depende del grado del giro, del nivel de v, footing deformación tangencial, a que está sometido. D M ΣF · D/2 Además, la variedad de las capas de suelo en la zona de γ = resistin g = v overturn M F · ( h + h ) influencia bajo la zapata, con comportamiento distinto, hace overturning h,wind tower hub footing que el valor G del terreno multicapa no sea tan fácil de estimar. lime). Another option is to use deep foundations by driving En suelos menos rígidos, esta condición muchas veces obliga piles down to more competent layers. a aumentar las dimensiones (radio r de la zapata), a tomar Wind turbine foundations must meet an additional, specific medidas especiales para mejorar el suelo (aumentar el valor G) requirement: rotational stiffness. And just what does that o bien a prever pilotes. mean? The tower itself needs a base that rotates very little Fig. 2. Esquema de fuerzas que influyen en el vuelco when exposed to moments, for if it is too flexible its natural Fig. 2. Overturn force diagram frequency could cause problems. The wind and blade rotation

232 233 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

G/Go induce tower movements with a certain frequency. If this frequency is close to the tower’s natural frequency, they may 1 cause resonance and the concomitant risk of uncontrolled rises in stress on the tower that could cause its collapse. There- fore, the foundations and especially the soil below must meet 0,8 certain minimum stiffness requirements. An analysis of the basic formula for rotational stiffness shows that the parameters 0,6 that affect it most are the soil shear modulus (G), the Poisson ratio (ν) and the radius of the footing (r). 3 0,4 kθ = 8 Gr /3(1-ν) ≥ kθ, min Soil stiffness, moreover, does not follow a linear pattern, but 0,2 rather depends on the degree of rotation, i.e., shear strain, to which it is subjected.

0 In addition, given the differential behaviour of the layers of 1·E-06 1·E-05 1·E-04 1·E-03 1·E-02 soil in the area of influence under the footing, estimating the value of G in multi-layer soil is hardly straightforward. Muy pequeñas Deformaciones pequeñas, Grandes deformaciones habituales en cimentaciones deformaciones In less stiff soils, this condition often necessitates increasing Very small shear strain de aerogeneradores Large shear Small shear strain, routinely train the radius of the footing, taking special measures to improve found in wind turbine foundations the soil (raising the value of G) or using deep foundations Fig. 3. DependenciaDefor macióndel módulo tangencial de (γdeformación) / Shear strain tangencial G de la (piles). deformación Fig. 3. Shear modulus versus shear strain 3. Evolution of Foundations As trees grow thicker, stronger and taller, they need (and have) 3. Evolución de las Cimentaciones larger roots, in terms of the area covered, the depth and the thickness of their root branches. Cuando los árboles se hacen más grandes, fuertes y altos necesitan –y tienen- raíces más grandes, tanto en superficie, como Wind turbines have evolved at a dizzying rate in recent en profundidad y en grosor de las ramificaciones de las raíces. decades. They are increasingly taller, more powerful, exposed La evolución de los aerogeneradores en las últimas décadas ha to stronger forces and located at more complicated sites. How sido vertiginosa. Cada vez son más altos, más potentes, con have foundations adapted to all that? fuerzas más importantes y en sitios más complicados. ¿Cómo Rising stress has logically called for larger size. But shape has se han ido adaptando las cimentaciones?. also been optimised. Con las mayores solicitaciones, lógicamente, tenían que At first, designs envisaged square footings, the ones easiest to aumentar las dimensiones. Pero también se han ido optimi- build. As wind, in principle, can blow from any direction (at its zando las formas. own discretion: we haven’t learned to master it yet), the optimal

234 235 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

Inicialmente, se diseñaron zapatas cuadradas, lo más fácil shape in the plan view is a circle. Octagons, an intermediate de construir. Como el viento, en principio, puede soplar de shape, were used for a few years, since despite being nearly cualquier dirección (“según le da la gana, todavía no lo domi- circular they can accommodate orthogonal reinforcement namos”), la forma óptima en planta es el círculo. Una forma lattices. Ultimately, however, as size grew, the circle prevailed. geométrica intermedia es el octágono, que se utilizó bastante Radially-laid reinforcement meets the demands on the struc- durante unos años, ya que se acerca al círculo, pero tiene la ture well, for as the spacing between the bars decreases toward ventaja de poder colocar la armadura en mallas ortogonales. the centre, the system adapts to the law of forces. Finalmente, con las dimensiones ya bastante grandes, el círculo Another way to optimise the volume of concrete is to reduce triunfó, también porque las armaduras radiales se adaptan bien the thickness of the slab to actual needs. In the past, smaller a las exigencias, puesto que la separación de las barras se reduce footings were designed with a constant thickness. With larger hacia el centro y se adapta a la ley de esfuerzos. diameters, the amount of concrete needed can be reduced Otra forma de optimizar el volumen de hormigón consiste significantly by tapering slab thickness outwardly. The weight en la reducción del canto de la losa según su necesidad. Las needed in gravity foundations is provided in part by the inex- zapatas pequeñas se diseñaban con canto constante. Con pensive soil piled on top of the slab (Fig. 4).

Losa cuadrada / Square slab Losa octogonal / Octogonal slab Losa circular / Circular slab

Fig. 4. Evolución de los diseños de las zapatas: a) planta cuadrada, b) planta octogonal, c) planta circular Fig. 4. Evolution of footing design: a) square; b) octagonal; c) circular

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diámetros más importantes, reducir el espesor hacia el exterior ahorra una cantidad de hormigón significativa. El peso necesario de las cimentaciones de gravedad se consigue, en parte, con tierra colocada encima, que resulta barata (fig. 4). Un paso más en la evolución: la losa de canto variable tampoco necesita ser losa completamente maciza. Pueden preverse unos muros o contrafuertes sobre una losa de poco canto, pues estructuralmente no hace falta tanto hormigón entre esos muros (fig. 5). El siguiente paso adelante para ahorrar materiales y consecuentemente costes: los nervios también pueden ser alige- rados, convirtiéndose en jabalcones o puntales que distribuyen las fuerzas a una losa de poco canto. Ya se parece cada vez más a las raíces de un árbol. Como esta tipología se acerca a los límites de la capacidad de los materiales, el diseño requiere estudios bastante más sofisticados, analizando los detalles con mucha más precisión. Este desarrollo lleva a utilizar hormigones de mayor resistencia, emplear acero pretensado y, otro paso evolutivo importante, ir a elementos prefabricados, que pueden aprovechar las ventajas de la industrialización, bajando los costes, aumentando la calidad y precisión, y reduciendo los tiempos de ejecución (fig. 6). Los diseños también han tenido en cuenta los procesos constructivos, buscando su simplificación y estandarización. Además, por supuesto, se ha ido aprendiendo de los errores y patologías observadas en las cimentaciones, muchas relacionadas con la fatiga de los materiales, problematica al que, en (arriba / above) el origen de los desarrollos eólicos, no se había prestado la Fig. 5. Cimentación con nervios, reduciendo el volumen de hormigón suficiente atención. (GAMESA) Fig. 5. Foundation slab with walls, reducing the volume of concrete 4. Encuentro de lo Visible con lo No Visible: Conexión Torre-Cimentación (abajo / below) La torre, habitualmente de acero (o, a veces, de hormigón de Fig. 6. Ejecución de una cimentación con jabalcones prefabricados, opti- alta resistencia) se ve, pero de repente desaparece en el terreno. mizando material ¿Qué pasa ahí abajo?. Fig. 6. Foundations built using precast braces to optimise material

236 237 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

The fact that slabs with a variable depth do not need to be completely solid inspired another stage in evolution: walls or buttresses can be built over a relatively shallow slab, for structurally speaking, no concrete is actually needed in the space between such walls (Fig. 5). Other advances in terms of saving on materials and hence on costs include turning lightened ribs into braces or shoring that distribute the forces along a shallow slab. The outcome is something that looks more and more like tree roots. Since in this typology the loads envisaged are very close to the maximum bearing capacity of the materials, design calls for fairly sophisticated studies and a very precise analysis of the details. Such improvements entail the use of increasingly stronger concrete, prestressed steel and another evolutionary improvement, precast members, which capitalise on the advantages of industrialisation, lowering costs, raising quality and accuracy and shortening construction times.

N Designers also bear construction processes in mind, seeking simplification and standardisation. M Lastly, lessons have been learnt from the errors and pathologies observed in foundations, many related to material fatigue, a problem to which insufficient attention was paid in early wind turbine design.

(arriba /above) 4. Connection between the Visible and the Invisible: Fig. 7. Virola, la parte inferior de la torre que se embebe en el hormigón de the Tower-Foundation Interface la cimentación Fig. 7. Embebed steel can, i.e., the bottom of the tower is embedded in the Towers, normally made of steel (or occasionally of high- foundation concrete strength concrete), loom before the viewer but suddenly disap- pear into the ground. What happens down there? (abajo /below) Steel tower walls, only a few centimetres thick, deliver the Fig. 8. Esquema de trabajo de una virola: todas las fuerzas pasan por la brida inferior forces to another structure, the foundations, where the loads Fig. 8. Force diagram for an embedded steel can: note that all forces are are distributed across a much larger area. This member consists conveyed across the bottom flange of another material, concrete, which behaves very differently:

236 237 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Esta torre, con paredes de acero de pocos centímetros de strength is approximately ten times lower in concrete than in espesor, entrega las fuerzas a otra estructura, la cimentación, steel. Several more or less satisfactory approaches have been que tiene la función de repartir las cargas a un área mucho más used at the sensitive tower-foundation interface. grande y que está formada por otro material, el hormigón, que The traditional solution in earlier structures consisted in re- tiene un comportamiento muy diferente al acero: la resistencia straining part of the tower in the concrete with a steel cylinder del hormigón es aproximadamente, como referencia, diez called an embedded steel can. The flange at the bottom of veces menor que la del acero. Esta interface torre-cimentación this structure conveys the moment there primarily as a pair of es delicada y se han utilizado varias soluciones más o menos forces vertical to the footing. The connecting bolts included satisfactorias. in some models much like the ones used in composite bridges La solución clásica de la primera época de los molinos consistía help transfer the loads from the steel cylinder to the concrete en empotrar parte de la torre en la masa del hormigón, mediante (Figs 7 and 8). una virola, un cilindro metálico. En su base se dispone de una The embedded steel section typology has certain drawbacks, brida, o chapa circular horizontal, que transmite el momento however. On the one hand, the area around the bottom flange de la base de la torre principalmente como par de fuerzas verti- is very sensitive and on the other the cylinder wall cuts the cales a la zapata. En algunos modelos se han soldado pernos concrete into two essentially independent parts. Sometimes the conectadores, similares a los que se utilizan en puentes mixtos, foundation ring is set on a pedestal on top of the main slab so para ayudar a la transmisión de cargas del acero al hormigón as not to interrupt the top reinforcement. At others, the top (figs. 7 y 8). reinforcement in the footing is laid through elliptical holes cut into the steel can. Esta tipología de virola tiene ciertas desventajas: por un lado, Although certain shortcomings in the design of this type of la zona de la brida es muy delicada; y, por otro, la pared del connection have been improved, quite a number of pathologies cilindro corta el hormigón en dos partes prácticamente inco- have been observed in these members over the years. One of municadas. A veces, la virola se coloca en un pedestal encima the main causes is concrete fatigue around the bottom flange, de la losa principal, para no interrumpir la armadura superior often the outcome of less than optimal concrete quality, given de la misma. En otros diseños la armadura superior de la zapata the difficulty in accessing this area during casting operations. pasa por agujeros elípticos que se prevén en la virola. Another under-controlled problem is water ingress in this area, Ciertas deficiencias en el diseño de este tipo de conexión se han for the seal between the steel tower and the concrete pedestal ido mejorando, pero no obstante, a lo largo de estos años, se is not always designed and maintained to best industry practice. han observado bastantes patologías. Una de las razones prin- The solution most commonly applied today is the prestressed cipales es la fatiga del hormigón alrededor de la brida inferior, anchor bolt cage. This member anchors the tower, whose zona de difícil acceso durante el hormigonado, por lo que la bottom flange rests on the foundations, to the concrete with calidad del hormigón no siempre es la óptima. Otra proble- prestressed bolts. Prestressing lowers the range of stress on mática demasiado poco controlada es la entrada de agua a esta the steel during wind turbine operation considerably, for the zona, pues el sellado entre la torre metálica y el pedestal de tensile forces are absorbed by decompression of the initially hormigón no se ha diseñado y mantenido en muchas ocasiones compressed concrete (Figs 9 and 10). con suficiente rigor.

238 239 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

La solución más usada actualmente es la de la jaula de pernos Prestressing pressure should not be overly high, however, for pretensados. Se trata de anclar la torre, que descansa con su since concrete weakens under a constant load, the remedy to brida inferior sobre la cimentación, a la masa del hormigón the steel fatigue problem induces a concrete fatigue problem. mediante pernos pretensados. El hecho de pretensar reduce Another advantage of anchor cages over embedded steel cans considerablemente el rango de tensiones en el acero durante is that their radial reinforcement can penetrate inward without la operación del aerogenerador, ya que las fuerzas de tracción interrupting the continuity of the concrete, which remains son absorbidas por de-compresión del hormigón comprimido monolithic. inicialmente (figs. 9 y 10). The connection between concrete towers and foundations Conviene mencionar que hay que tener cuidado en no propor- differs somewhat from the above. As the materials in the two cionar un nivel de pretensado demasiado elevado, ya que el members are similar and the tower diameter is wide at the base, hormigón se resiente bajo una carga constante muy grande y la stresses are not concentrated. The tower wall can be connected mejora frente al problema de la fatiga del acero se convierte en to the foundations with passive or active (pre-stressed) reinfor- problema de fatiga para el hormigón. cing steel. Optionally it may be anchored with external pres- Otra ventaja de la jaula de pernos es que la armadura radial tressed cables strung from the top of the tower that precom- puede penetrar hacia el interior y el conjunto de hormigón no press all its sections, including the tower-foundation connection. se corta, como en el caso de la virola, sino que el cuerpo de These cables are often anchored to corbels in the foundations, hormigón se mantiene monolítico. a system that calls for a large manhole to tense them. This La conexión entre torres de hormigón y la cimentación es algo solution helps keep the sensitive interface visible for review and diferente. Como los materiales de los dos elementos son simi- diligent maintenance of the main structural members, although lares y el diámetro de la torre en la base es amplio, las tensiones it renders foundation construction considerably more complex, no son tan concentradas. El muro de la torre se puede conectar with the concomitant rise in costs.

Fig. 10. Esquema de trabajo de la jaula de pernos: la fuerza descendente actúa en la cara superior, mientras que la ascendente actúa en la cara inferior Fig. 10. Force diagram for an anchor bolt cage: the downward force acts on the top and the upward force on the bottom of the slab

(izquierda / left) Fig. 9. Jaula de pernos como conexión con la torre Fig. 9. Anchor bolt cage for connection to the tower

238 239 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

al cimiento con barras pasivas y/o activas (pretensadas), anclán- 5. Soil Technology, the Connection to what’s dose opcionalmente también cables de pretensado exterior que never seen: the Structure-Soil Interface vienen desde la cabeza de la torre, precomprimiendo todas las The ultimate purpose of foundations is to transfer the loads secciones, incluyendo naturalmente la junta torre-cimentación. borne by a structure to the soil. What challenges, complica- El anclaje en la cimentación frecuentemente se realiza mediante tions, particularities does that entail? ménsulas y requiere un foso de acceso para el tesado de estos cables. Esta solución ayuda a mantener visible la delicada inter- ––Bearing capacity may be on the order of one hundred face y poder revisar y mantener bien los elementos estructu- times less in soil than in concrete. rales importantes, aunque complica notablemente y conse- ––Tensile stress is only transferred to the soil where piles or cuentemente encarece la ejecución de la cimentación. anchorages are driven into the ground. ––The subsoil is never seen: all that is seen is the top of the excavation and a glimpse or two of what’s under- 5. Geotecnia: Encuentro con lo nunca visto-Interface neath furnished by boreholes or other tests. Uncertainties Estructura-Terreno remain, however. La finalidad última de una cimentación es transmitir al terreno ––The geotechnician’s job is to interpret those data, based las cargas de la estructura que soporta. ¿Cuáles son los retos, on expertise and experience, and obtain a representative las complicaciones, las peculiaridades?. geotechnical model reliable enough to design the system ––La capacidad portante del terreno puede ser del orden de that distributes the loads from the tower to a weaker unas cien veces inferior a la del hormigón. member safely (Fig. 12). ––El terreno no transmite tracciones –salvo cuando se prevén Geotechnical campaigns and surveys cost money. How much pilotes o anclajes al terreno. is needed? It’s always comforting to have a couple more tests, ––El subsuelo nunca es visto, solo se ve la parte superior de to be more certain, although the question to be posed is: will la excavación y unas pinceladas, a partir de sondeos u otros they really deliver a more useful understanding of the subsoil? ensayos que nos dan una idea de lo que puede haber ahí If the soil is competent, the geotechnician’s task is simple, but abajo. Pero quedan incertidumbres. if it poses problems, design is also more complex. ––La labor del geotécnico consiste en interpretar esos datos The first thing that must be done, then, is to define a suitable –con su conocimiento y experiencia– y obtener un modelo geotechnical campaign, sufficient to guarantee safe and at geotécnico representativo y suficientemente fiable para the same time cost-effective design. Standard tests include diseñar con seguridad ese elemento que reparte las cargas boreholes, from which core samples are taken for laboratory de la torre al elemento más débil (fig. 12). testing. Others may be recommended for certain types of soils Las campañas y los estudios geotécnicos cuestan dinero. only, and certain tests are not common in a country, it may not ¿Cuánto hace falta?. Siempre puede ser tranquilizante tener un be worthwhile to bring in the specialised machinery required. par de ensayos más, para estar más seguro, aunque hay que Local experience should also be borne in mind, for such preguntarse: ¿realmente aportan más conocimiento útil del experts know their soils and how to handle the problems subsuelo?. Si el terreno es bueno, el diseño geotécnico es fácil, involved. For instance, an area may be characterised by karstic pero si es complicado, el diseño es delicado. rock with caves, a very irregular top layer of rock, collapsible

240 241 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

Lo primero, por tanto, será la definición de una campaña soil (loess in eastern Europe and South America), expansive geotécnica adecuada, suficiente para poder garantizar un soil which in contact with water may perform poorly or soils diseño seguro, pero no derrochador. Hay ensayos estándar, that are aggressive to concrete. The more or less successful, como sondeos, con recuperación de muestras y ensayos de more or less costly solutions in place must be adapted to each laboratorio, pero otros son indicados solamente para ciertos individual case. suelos, algunos no son habituales en el país y no compensa Another phenomenon, soil liquefaction, may be found in traer maquinaria especializada. regions with a very valuable wind resource, such as the Es importante tener en cuenta la experiencia local, que conoce Tehuantepec isthmus between the Gulf of Mexico and the la problemática de sus suelos y cómo enfrentarse a ella. Por Pacific Ocean. Where the soil consists in saturated loose sand, ejemplo, en ciertas regiones puede haber roca cárstica con a strong earthquake can cause the sand to liquefy and abruptly cuevas o un techo de roca muy irregular; o suelos colapsables lose its bearing capacity. If a site is prone to such a problem, (loess en el este de Europa y en Sudamerica) o suelos expan- specific data are required (grain size distribution, compactness, sivos que en contacto con agua pueden empeorar drástica- density, saturation level) to assess the risk and take measures to mente el comportamiento; o un suelo agresivo al hormigón. prevent such a collapse. Often the interstitial pressure has to be Las soluciones pueden ser muy distintas en cada caso, con más lowered by gravel column-based drainage. o menos éxito, más o menos coste. Another important element to be taken into consideration is Otro fenómeno que se puede dar en ciertas regiones, por the groundwater table. Water uplift has a significant impact ejemplo en uno de los sitios más privilegiados en cuanto a on the dimensions of the foundation (lowering its weight). At viento, en el Istmo de Tehuantepec, que se ubica entre el golfo sites where the water table depth is unclear, then, it should be de México y el Pacífico, es el de la licuefacción del terreno. En observed over a sufficiently long period of time to safely deter- el caso de que el suelo esté compuesto por arenas sueltas satu- mine how it should be taken into account or what measures radas, un sismo fuerte puede provocar que se licúe esta arena need to be adopted to reduce its impact. y que, súbitamente, pierda su capacidad portante. Si el lugar es susceptible de sufrir esta problemática, es preciso obtener Campaign findings, along with an understanding of the soil, datos específicos (granulometría, compacidad, densidad, nivel are applied to assess possible problems and design and verify de saturación) para evaluar el riesgo y poder tomar medidas the geotechnical suitability of both the typology chosen and para evitar ese colapso. Frecuentemente se trata de reducir la the foundation dimensions defined. presión intersticial con un drenaje mediante columnas de grava. As noted earlier, bearing capacity and rotational stiffness are Otro elemento a considerar, que resulta muy importante, es la two fundamental factors in establishing foundation geometry. presencia del nivel freático. Dado que la subpresión del agua Vertical settlement under permanent loads, if uniform, is influye en gran medida en las dimensiones de la cimentación not cause for too much concern, for it would not change the (le quita peso), conviene, en los sitios donde este aspecto no behaviour of wind towers, which are statically determinate está claro, observar el nivel freático durante un período sufi- structures. This is not the case of differential settlement (rota- cientemente largo, para definir con seguridad cómo se tiene tional movements), however, because the unevenness may que tener en cuenta o qué medidas se pueden tomar para cause the tower to lean, generating second order moments as a reducir su efecto. result of a permanently eccentric load.

240 241 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Con los resultados de la campaña, conociendo el terreno, hay que evaluar los problemas que puede tener y diseñar la tipo- logía y las dimensiones de la cimentación y verificar geotécni- camente su validez. Como ya hemos visto, para el encaje geométrico de la cimen- tación la capacidad portante y la rigidez rotacional son dos factores fundamentales. Asientos verticales bajo cargas permanentes, si son uniformes, no preocupan tanto, ya que una torre eólica es un sistema isostático y no cambiarán el comportamiento de la torre. No es así con los asientos diferenciales (giros), por ejemplo, debidos a una estratigrafía no homogénea, ya que pueden causar una inclinación de la torre y consecuentemente unos momentos de segundo orden debidos a la carga permanente excéntrica. La geotecnia tiene un campo muy amplio y una responsabilidad grande. Tiene que investigar, con un coste y plazo razonable, el subsuelo; detectar problemas de muy diversa índole, elegir una tipología adecuada (con diferencias de coste muy importantes entre las distintas opciones), procesar una cantidad significativa de datos, afinar a la hora de definir las dimensiones de la cimentación, justificar debidamente su capacidad, indicar la profundidad de apoyo y especificar eventuales mejoras del suelo –y todo ello– posición por posición. 580 Un buen estudio y diseño puede ahorrar mucho dinero, pero 570 errores en la comprensión del terreno y el diseño geotécnico S2C1 pueden tener consecuencias nefastas. Así que, por favor, no S2C2 560 despreciemos los trabajos de la materia nunca vista. 550 S2C3 6. Diseñar el Interior de lo no Visible: Cálculo Estructural 540 Después de encajar la geometría de la cimentación hay que (m) s.l.m. analizar el interior del elemento, que después de hormigonar ya no será visible. El hormigón, capaz de soportar fundamentalmente compresiones, necesita armadura de acero que aguante con seguridad las tracciones que se producen en el Fig. 12. Ejemplo de perfil geotécnico interior. Como el acero es relativamente caro, la cuestión es Fig. 12. Example of geotechnical charts showing profile

242 243 X.III. CIMENTACIONES • FOUNDATIONS

cuánto, dónde y cómo disponer de ese material, para obtener Geotechnics has a broad scope and its practitioners assume una estructura segura y optimizada económicamente. substantial responsibility. They must explore the subsoil for Aunque al ingeniero estructural responsable del diseño de la a reasonable cost and within a reasonable time, detect the cimentación le gusta tener las cargas bajo su control, inclu- existence of any of a wide variety of possible problems, choose yendo las de la torre, hay que decir que, en general, éstas a suitable foundation typology (whose cost varies widely from últimas no son calculadas por él, sino que le son proporcio- one option to another), process a significant volume of data, nadas por el fabricante del aerogenerador, que tiene en cuenta accurately define foundation dimensions, duly justify their con programas específicos todos los escenarios de viento, con capacity, establish the depth of supports and specify possible sus efectos dinámicos, paradas y sucesos eventuales que marca soil improvements... position by position. la normativa. A las reacciones de la torre hay que añadir el peso A good survey and design may save a fair amount of money, propio de la torre y del relleno que gravita sobre la cimenta- whereas errors in understanding the soil and the geotechnical ción, evaluar el efecto sísmico sobre el macizo de la cimenta- design may have highly adverse consequences. Let us not, then, ción y, nada despreciable, contar con la subpresión del agua si underestimate the importance of work whose material results el nivel freático es alto. go unseen. El nivel de análisis estructural ha evolucionado. Según aumentaban las dimensiones y el conocimiento de la problemática 6. Designing the Inside of the Non-Visible: específica de los aerogeneradores, se afinaron los métodos, Structural Engineering tanto para la obtención de esfuerzos, como para el dimensio- Once foundation geometry is defined, the next step is to namiento de la armadura y las verificaciones a fatiga. analyse the insides of members that will no longer be visible Las primeras zapatas cuadradas se calcularon analíticamente, after the concrete is cast. Concrete, which works well under “a mano”, con fórmulas simples, similar a cimentaciones de compression, needs to be reinforced with steel to safely bear otras estructuras a las que el ingeniero estructural estaba más the tensile stress generated in its interior. Inasmuch as steel acostumbrado, como eran, por ejemplo, los puentes, tomán- is relatively expensive, the question is how much, where and dolas como elementos rígidos y repartiendo la armadura casi how to deploy this material to build a safe and economically uniformemente en todo el ancho (fig. 13). optimised structure. Con geometrías más complejas, como el octágono o el círculo Structural engineers responsible for foundation design like en planta y canto variable, un trono de cono, se extendió el to have all the loads under their control, including the loads cálculo con modelos de elementos finitos (MEF) tipo placa, de on the tower. As a rule, however, the latter are furnished by dos dimensiones. Este método da unos esfuerzos más realistas the wind turbine manufacturer, which uses specific software –y así más seguros– y permite, por otro lado, optimizar la to take all wind scenarios into consideration, including the armadura. También es importante tener en cuenta la no linea- dynamic effects involved, shut-down and other contingencies lidad del suelo, es decir, tener en cuenta que cuando la losa laid down in the legislation. Nonetheless, account needs to be despega el terreno no transmite tracciones (fig. 14). taken not only of tower reactions, but also their self-weight Existe también la posibilidad de hacer modelos elásticos sólidos and the weight of the backfill on the foundations, the seismic en tres dimensiones, que representan aún mejor la deforma- effect on the foundations themselves and the far from negli- ción y los esfuerzos de la estructura. Pero el post-análisis de los gible impact of uplift if the groundwater table is high.

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esfuerzos se complica y, en general, esta sofisticación no vale la Structural analysis has evolved with foundation size and the pena para el cálculo de las armaduras generales; salvo, quizás, understanding of the specific problems affecting wind turbines: unos estudios de detalles, como la entrega de cargas bajo la methods have been refined to identify forces, establish reinfor- brida de la torre. Pero como éstos son genéricos, es suficiente cement ratios and compute fatigue. estudiarlos una vez en detalle y no en cada zapata de nuevo. The earliest square footings were analytically engineered ‘by El análisis más complejo es el MEF en 3D no-lineal, en el que se hand’ with simple formulas, like foundations for other struc- representa tanto el hormigón, como la armadura y el elemento tures to which engineers were more accustomed, such as de interface (como la virola de acero con sus pernos conec- bridges. In this approach footings were assumed to be stiff tadores o la jaula de pernos). Este método ya bastante sofis- members and the reinforcing steel was distributed nearly ticado y complejo puede servir para estudiar cimentaciones evenly across their entire width (Fig. 13). existentes con algún defecto de diseño, ver si alcanza el nivel de seguridad requerida y detectar insuficiencias. Estos modelos As structural engineering needed to adapt to more complex también activan reservas intrínsecas del hormigón armado, es geometries, such as octagons or circles in plan view with variable thicknesses (i.e., a conical frustum), the use of two- N dimensional finite element models (FEMs) with plate elements became standard. This method delivers more realistic (and M hence safer) force values and distributions while also optimising reinforcement ratios. Another factor to bear in mind is the non-linearity of the soil, which means that when the slab becomes detached, no tensile forces are transferred to the ground (Fig. 14). σ máx Models for three-dimensional elastic solids can also be devel- Reference section oped to represent strain and stresses on the structure even m more realistically. Nonetheless, the post-analysis complications introduced by this sophistication render it scantly useful for dimensioning general reinforcement except, perhaps, in studies of details, such as load transfer underneath the tower flange. As such details are generic, however, one study suffices for all the footings. The most complex analysis is non-linear 3D FEM, which simulates the concrete, the reinforcement and the interface

Fig. 13. Esquema simplificado para el cálculo de una zapata cuadrada (arriba Fig. 13. Rough sketch for engineering a square footing (above left, in grey). a la izquierda, en gris). Fig. 14. Modelo de elemento finito tipo placa (2D) de una zapata. a) Fig. 14. 2D finite element model with plate elements applied to a footing: tensiones en el terreno, b) Momentos flectores, c) Momentos flectores en a) soil pressures; b) bending moments; c) bending moments in a foundation cimentación con pilotes. built on piles.

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decir, si un camino de cargas está agotado, puede haber otros member (such as the embedded steel can with its connecting que siguen funcionando y permiten una carga mayor antes del studs or the anchor bolt cage). This fairly sophisticated and colapso del conjunto en Estado Límite Último (fig. 15). complex method may serve to study existing foundations with Con los esfuerzos obtenidos hay que elegir la armadura y some design flaw with a view to identifying shortcomings and comprobar que aguanta en situaciones extremas y “abnor- ascertaining whether safety requirements are met. Such models males”, pero también en servicio, para tener en cuenta el also simulate the activation of intrinsic reserves in the rein- control de la fisuración, y en fatiga. forced concrete: i.e., if one load path is depleted, others may continue to be operational and accommodate a greater load Especialmente en puntos de altas tensiones, los millones de before ultimate limit state collapse (Fig. 15). ciclos, que tienen que soportar los materiales, producen unos daños acumulados. La experiencia ha mostrado que sobre todo Once the forces are determined, the reinforcing steel must el hormigón también se cansa, fenómeno que no se observaba be chosen and its ability to withstand extreme and ‘abnormal’ en otro tipo de estructuras, como, por ejemplo, puentes. Se situations (ultimate limit states) verified. In addition, service- trata, en cierto modo, de “otra dimensión”, pues no solamente ability limit states (crack width control) and fatigue perfor- influyen las fuerzas [kN] y las dimensiones [m], sino que entra mance must be checked. en juego también el tiempo, o mejor dicho, el número de ciclos The millions of cycles to be withstood by the materials, de cada esfuerzo. Conviene comentar que los cálculos de fatiga especially at high stress points, generate cumulative damage. utilizados hoy en día (regla de Pamlgren-Miner, que suma el Experience has shown that the concrete also undergoes daño de todos los esfuerzos unitarios) son bastante sensibles fatigue, contrary to what has been observed in other types of

Fig. 15. (izquierda) Modelo 3D no-lineal con hormigón, armadura y virola y Tensiones principales; (arriba) Caminos de carga: vectores con direcciones y valores de las compresiones en el hormigón. Fig. 15. (opposite) Non-linear 3D FEM model showing concrete, reinforcement and the embedded steel can; and principal stresses; (above) load paths, vectors with directions and concrete compression values.

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a los datos de entrada y, básicamente, dan más bien una idea structures such as bridges. Wind turbines lie in ‘another dimen- general sobre el comportamiento bajo los escenarios supuestos sion’, involving not only forces (kN) and dimensions (m), but que un valor exacto. Las formulaciones de las distintas normas also time, expressed as the number of cycles per force. The también llevan a resultados bastante divergentes, lo que nos fatigue calculations used today (Palmgren-Miner rule, which indica el grado de conocimiento del fenómeno que la ciencia sums the damage induced by all the individual forces) are fairly tiene a día de hoy en esta materia, pero desde luego nos advierte sensitive to the input data and hence generally provide an que ese fenómeno existe y que hay que ser prudente a la hora de overall idea of the fatigue behaviour under assumed scenarios diseñar e, igual de importante, de ejecutar el hormigón. Como rather than an exact value. The formulas recommended by es obvio, no queremos que de lo no-visible salgan problemas different standards also lead to divergent results, an indication a la vista. of our scant scientific understanding of the phenomenon at this writing. We nonetheless know enough to be aware of its existence and of the need to be cautious when designing, and 7. Problemas en lo que luego no se ve more importantly casting, concrete. Obviously, we don’t want Además de posibles defectos de diseño, la ejecución misma de what can’t be seen to induce problems in what can. las cimentaciones puede tener varios problemas, adicionales a las dificultades habituales en la construcción.

En general, los parques eólicos suelen construirse en empla- 7. Problems around what ultimately goes unseen zamientos remotos, lejos de una infraestructura ideal para la construcción, lo que complica el día a día. El personal, la Outside of possible design flaws, WTG foundation construc- maquinaria y los eventuales repuestos tienen que ser trans- tion may itself pose problems in addition to those normally portados ex profeso desde distancias en ocasiones largas, el encountered in other types of structures. transporte del hormigón desde las plantas existentes hasta la The distance between the normally remote sites where wind obra puede tardar bastante, lo que es un riesgo para la calidad farms tend to be built and any ideal infrastructure complicates del mismo. Además, el gran volumen de hormigón, general- everyday routines. Personnel, machinery and any possible re- mente por encima de los 300 m3, causa problemas, tanto de placements must be shipped often from very far away. suministro, como de cansancio del personal, como de riesgo Moreover, the duration of concrete shipping time from de tener que trabajar con luz artificial, pero también de los existing plants constitutes a risk to quality. Moreover, the vast problemas originados por el calor de hidratación del hormigón volumes of concrete needed, upward of 300 m3, poses supply, en grandes masas. El corte de suministro de hormigón no personnel fatigue and heat of hydration problems, along with pocas veces causa juntas frías en la zapata que posteriormente the risk of having to work under artificial light. Far too often, hay que analizar primero y luego tratar adecuadamente. interruptions in concrete supply lead to cold joints in the La falta de curado del hormigón, junto con la retracción footing that must first be analysed and subsequently treated. temprana, pueden llevar a fisuras que, si su ancho es elevado, requieren reparaciones, con mortero especial o incluso con Failure to cure the concrete, in conjunction with early age inyecciones. shrinking, may cause cracking that, depending on the crack width, may need to be repaired with special mortars or even Actuar en lo “nunca visto”, el subsuelo, puede resultar más injections.

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complicado de lo esperado: pilotes que no llegan al estrato Working with what’s 'never seen' may be more complex than competente estimado, maquinaria que no puede con los suelos, expected: piles that fail to reach the estimated competent colapso de las arenas dentro de los pilotes excavados, etc. El stratum, machinery unable to handle the soil or detached sand agua, ya sea de lluvias o provenga de un nivel freático alto, that slides into excavated piles. Water, whether from rain or puede incomodar bastante, ablandando por ejemplo el fondo a high water table, may cause considerable trouble, by softe- de excavación, dificultando el uso de maquinaria o causando ning the excavation floor, rendering machinery use difficult or desprendimientos de las laderas de las excavaciones. washing material off the sides of excavation ditches. Tampoco hay que olvidar otros detalles constructivos o Construction details or elements that may initially be thought to elementos a priori secundarios que podría pensarse no ser de be secondary or only marginally important must not, however, tanta entidad, como por ejemplo: be overlooked. These include: ––Los tubos para los cables de potencia, que siempre molestan. ––pipes for power cables, which are always in the way ––El sellado, que es importante sobre todo en interfaces con ––sealing, which is important at the interface with the virolas, puesto que el agua es un silencioso pero peligroso embedded steel section, for water is a silent but dangerous enemigo. enemy ––El mortero de alta resistencia en los delicados puntos que ––high-strength mortar at sensitive points located immediately se ubican justamente bajo la torre, cuya perfecta instalación underneath the tower, necessitating experienced laying to exige experiencia para que en el tiempo corto de fraguado ensure that no air pockets form under the flange in the no se quedan bolsas de aire bajo la brida, que provocan short setting time, which could concentrate stress further. tensiones aún más concentradas. One fairly common pathology is caused by concrete fatigue Una patología relativamente frecuente es la fatiga del hormigón under the bottom flange of the embedded steel can. Stresses bajo la brida inferior de la virola. Por una parte, las tensiones are not evenly distributed, but rather concentrate at the stiffest en servicio no son uniformes, sino más bien concentradas bajo area under the cylinder itself, ultimately crushing the concrete. la parte más rígida, bajo el propio cilindro. Luego el agua que Water flowing inward across a faulty seal may subsequently entra a través de un sellado dañado puede lavar el polvo del wash away the dust from the crushed concrete and carry the hormigón, machacado por fatiga, y bombear la mezcla de agua- water-cement mix outward with each tower movement, leaving cemento con cada movimiento de la torre hacia el exterior, an ever larger gap around the flange. In conjunction with rein- dejando un espacio cada vez más grande alrededor de la brida. forcement flaws, this induces movement in the tower. The Sumado con otras deficiencias del armado, esto lleva a que la relative vertical motion between the tower and the foundation torre se mueva, pudiendo llegar a ser los movimientos rela- may measure up to several centimetres. Decay progresses with tivos entre torre y cimentación de hasta varios centímetros en increasing speed and force as the flange strikes the concrete el sentido vertical. Este proceso de deterioro va acelerándose like a hammer: the larger the gap, the greater the damage. cada vez con más fuerza, ya que la virola golpea al hormigón como un martillo y lo daña más cuanto más movimiento hay. This pathology is usually remedied by injecting epoxy resins Para reparar esta patología habitualmente se inyectan resinas or cement grout at high pressure after intensely rinsing the epoxi o lechadas de cemento con alta presión, previo lavado gaps. In cases where the original design was flawed, restoration

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Fig. 16. Armadura preparada para hormigonar la cimentación Fig. 16. Steel reinforcement ready for casting concrete in foundations

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intenso de los huecos en el interior. En ciertos casos, en involves finding alternative load paths via mechanical strength- aquellos donde el diseño original peca de fallos que es preciso ening to ensure stability and proper tower operation. Seals, corregir proporcionando caminos alternativos para las cargas, in turn, simple and inexpensive elements whose importance incluso puede hacer falta un refuerzo mecánico que asegure la must not be underestimated, must be constantly inspected and estabilidad y el buen funcionamiento de la torre. Y siempre hay repaired as needed. que revisar y reparar el sellado, elemento sencillo y barato, pero de una importancia que no hay que despreciar.

onclusion 8. Conclusión 8. C Las cimentaciones tienen la función de repartir las cargas –sobre The purpose of wind turbine foundations is to distribute the todo los enormes momentos– de los altos aerogeneradores, al loads, especially the huge moments, generated in such tall struc- suelo, que es muchísimo menos resistente que los materiales de tures, to the soil, which is much weaker than the tower mate- las torres, y éstas tienen sus particularidades (fig. 16). rials. And foundations have their own particularities (Fig. 16). El diseño de estos elementos, a primera vista, no parece compli- While at first blush design of these elements may not appear cado; pero –al mirarlo de cerca, en detalle– sí tiene sus singula- to be very complex, when viewed in detail it is characterised ridades, que hay que tener en cuenta para evitar problemas de by complexities that must be borne in mind to prevent several varios tipos. Hay que diseñarlos con cuidado y conocimiento. types of problems. Design calls, then, for expertise and careful planning. El hecho de que no están a la vista, sino que se encuentran enterrados y escondidos de las miradas, no es para ocultar Foundations are not buried and concealed from view to hide desperfectos. Más bien al contrario, este hecho dificulta la imperfections. On the contrary, being underground makes observación y el mantenimiento, pudiendo causar importantes them harder to monitor and maintain, while failure to do problemas, que resultan en ocasiones carísimos de solucionar. so can cause sizeable and expensive problems. Good design Evidentemente, unos buenos diseños y correctas ejecu- and satisfactory construction are obviously the best solution ciones son la mejor solución frente a estos males, con lo que to these shortcomings. Hence the well-known adage, ‘good el conocido dicho según el cual “la buena ingeniería tiene su engineering is costly but can save a lot of money’ is specially coste, pero que puede llegar a ahorrar mucho dinero”, tiene fitting here. todo el sentido del mundo!.

248 249 250 251 10.4 LA OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS. Caminos, plataformas y otras actuaciones CIVIL WORKS IN WIND FARMS. Roads,platforms and other works FRANCESCO MICELI

1. Introducción 1. Introduction En este capítulo se presentan las características principales de This chapter describes the most prominent characteristics los caminos internos de los parques eólicos y de las otras actua- of internal roads and other ancillary works (platforms and ciones auxiliares (plataformas y drenajes), junto a sus peculiari- drainage) in wind farms, along with their peculiarities and the dades y sus problemas más frecuentes. problems most frequently posed. Es importante destacar que hablar de cómo son los “caminos Be it said by way of introduction that discussing ‘internal roads internos de un parque eólico” es, en cierto modo, como hablar in wind farms’ is tantamount, in a way, to discussing ‘roads de cómo son los “caminos por el mundo”: dependiendo de world-wide’. Depending on the materials available and local los materiales disponibles y de la tradición local se encuentra traditions, just about anything is possible: from laterite roads de todo, desde caminos de laterita en Senegal o de arena en in Senegal or sand on a Mexican beach to roads that float on una playa en México hasta caminos flotantes sobre la turba en peat in Scotland, not to mention innovative solutions involving Escocia, pasando por soluciones innovadoras que incorporan geotextiles, or cellular confinement systems such as geowebs geotextiles, geomallas o geoceldas en zonas donde resulta muy or geocells in areas where quality materials are hard to come by. complicado encontrar material de calidad. In light of the wide variety of local conditions, generalising is Esta enorme variabilidad de condiciones locales hace que sea no easy task, although certain characteristics or problems are difícil generalizar, aunque ciertas características o problemas common to many projects. suelen repetirse en distintos proyectos. 2. Today’s Road Typologies and Their History 2. Evolución Histórica. Tipologías Actuales de Many of the earliest wind turbines were installed using crawler Caminos cranes with tracks widths on the order of 9-10 metres from Muchos de las primeras turbinas eólicas se instalaron con grúas edge to edge. de carro o vía ancha, que cuentan con una distancia exterior Considerable sums were invested to build roads wide enough entre orugas del orden de los 9-10 metros. to ensure that such cranes could be moved between turbines without dismantling them. As a rule, such investments were Para garantizar la posibilidad de mover este tipo de grúa ensam- fully justified thanks to the exceptional quality of the wind blada, sin desmontarla entre las turbinas, se hicieron entonces resource at the sites at issue. importantes inversiones para realizar caminos del ancho necesario –inversiones que en general resultaron ampliamente (izquierda / opposite) compensadas gracias a la excepcional calidad del recurso eólico Fig. 1. ¿Es la energía renovable la única vía? en aquellos emplazamientos. Fig. 1. Is renewable energy the only way?

250 251 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

With the intense competition in today’s industry, however, the pressing need to lower the cost of energy (CoE) and the appearance and generalised use of modern narrower track cranes, road widths have straitened substantially. Most measure just 6, 5 or even 4.8 metres in environmentally sensitive areas or where the right of way is limited. In addition to this clear trend toward narrower roads, environmental requirements have also become stricter. And while legislation tends to vary from country to country, designs are now expected to take the local flora and fauna into consideration by, for instance, refra- ining from felling certain types of trees or leaving open corri- dors for birds and other animals. Aesthetic requisites are often also in place, such as ensuring that roads blend into the landscape and environs (using a certain colour gravel, for instance, so they are not overly visible).

3. Geometric Constraints: Horizontal Alignment Hoy en día, debido a la intensa competencia en el sector, así As a rule, the factors that condition the horizontal alignment como a la imperiosa necesidad de reducir el coste de la energía of internal roads in wind farms are directly related to the (CoE), también a la aparición o generalización de nuevos enormous dimensions of wind turbine blades. modelos de grúas de vía estrecha, actualmente se trabaja Blades of under 40 metres have practically disappeared from con anchos sensiblemente más reducidos: 6, 5 o incluso 4,80 the market and industry trends are toward increasingly larger metros en zonas muy complicadas medioambientalmente o rotors. For that reason, in areas where terrain topography is con un derecho de vía muy reducido. Además de una clara complex or structural density is high, each curve constitutes a tendencia a caminos de ancho inferior, también se observa challenge: the area needed to accommodate blade sweep must un aumento de los requerimientos de tipo medioambiental. Y be carefully calculated to minimise costs. aunque estos últimos suelen variar mucho de un país a otro, Nearly all the specialised firms engaging in this business use actualmente suele ser usual que se pida proyectar teniendo en software such as AutoTURN or AutoPath to simulate both the cuenta la fauna local, por ejemplo evitando cortar ciertos tipos lorry and the blade path along the entire route travelled. de árboles o dejando corredores sin estructuras para pájaros y While the accuracy of the results depends on many variables otros animales. (the quality of the topographic information, the simulation También suele haber requerimientos de carácter más estético, algorithm used and lastly but not least importantly, the driver’s como por ejemplo el insertar correctamente el trazado en skill), such software is usually the best option open to design el paisaje existente en el entorno (por ejemplo, utilizando engineers. In any event, a ‘dry run’ (i.e., with the lorry carrying una zahorra de cierto color para que el camino no destaque an object such as a beam that simulates the presence of the demasiado). blade) is usually effected prior to transporting the first blade.

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3. Vínculos Geométricos en Planta 4. Geometric Constraints: Vertical Alignment Los vínculos principales en el trazado en planta de los caminos The two most common conditioning factors for vertical road internos de los parques eólicos surgen, en general, del tamaño alignment in wind farms are the maximum gradient and the excepcional de las palas de los aerogeneradores. radius in vertical transition curves, particularly in convex curves. Ya casi no existen en el mercado palas con longitud inferior a The vertical radius must ensure a minimum clearance between los 40 metros y en la industria hay una clara tendencia a modelos the lowest point on a lorry carrying wind turbine components con tamaño de rotor mayor. and the road pavement. Por esta razón, en zonas con una orografía complicada o una Although special vehicles come in different sizes and shapes, elevada densidad de estructuras, cada curva se convierte en un the most crucial types are blade trailers (‘blade runners’) and desafío: el área barrida por las palas suele obligar a una cuida- low loaders for nacelles. dosa planificación para minimizar el coste de la obra. Modelling the behaviour of such vehicles is no simple task: En general, casi todas las empresas especialistas en el sector low loaders, for instance, may have four, five or even more suelen utilizar softwares como AutoTURN, AutoPath, etc. axles, each of which fitted with its own shock absorbers. Estos programas permiten simular el recorrido que tendrá el Two- and three-dimensional simulations and trial runs in wind camión y la pala durante todo su recorrido. farms have revealed that a vertical transition curve (Kv) value Aunque la precisión del resultado dependa de muchas variables of no less than 400 is required to ensure acceptable clearance. (la calidad de la topografía, el algoritmo de simulación utili- Some commercial turbine manufacturers’ technical specifica- zado, y por último, pero no menos importante, la habilidad del tions call for a minimum distance between consecutive vertical conductor) en general se trata de la mejor opción disponible transitions. This requirement does not normally need to be para los proyectistas. En cualquier caso, antes del primer viaje envisaged specifically, however, for a suitable Kv value in itself de las palas, se suele hacer una prueba “en vacío” (o sea, con el ensures compliance. camión y un objeto, como por ejemplo una viga, que simula la presencia de la pala). The maximum gradient depends essentially on the type of vehicles used to transport turbine components. Perhaps counterintuitively, the most hazardous stretches 4. Vínculos Geométricos en Alzado are generally steep, prolonged downhill gradients due to the En el trazado altimétrico de los caminos de los parques eólicos difficulty involved in braking when a lorry is loaded with suele haber dos vínculos principales: el radio de los acuerdos exceptionally heavy equipment such as nacelles or drivetrains. verticales –sobre todo los acuerdos convexos– y la pendiente An 8-9 % gradient is normally the maximum allowed in gravel máxima. roads, although values of 14-15 % may be accepted in sections Por lo que se refiere al radio vertical, es necesario garantizar with road oiling, concrete slabs or other special pavements una distancia mínima entre el punto más bajo de los camiones where lorry tyres have greater traction. que transportan los componentes de los aerogeneradores y el firme del camino. Fig. 2. Señal de tráfico del camino de acceso de un Parque eólico enla provincia tailandesa de Korat Aunque existan distintos modelos de vehículos especiales, los Fig. 2. Traffic sign on a wind farm in the Thai province of Korat

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más críticos suelen ser el tráiler de las palas (“portapalas”) y el 5. Assembly Platforms tren de carga de la nacelle (low-loader). Assembly platforms are areas for storing, preparing and Modelizar el comportamiento de estos vehículos no suele ser assembling wind turbine components (tower modules, blades, una tarea sencilla: el tráiler de la nacelle, por ejemplo, suele tener hub, nacelle and so on) in suitably safe conditions. 4, 5 o incluso más ejes, y cada eje cuenta con sus amortiguadores. Normally, the main crane hoists the components to the Mediante simulaciones bidimensionales y tridimensionales y necessary elevation, aided by one or more secondary cranes pruebas en los parques eólicos se ha llegado a la conclusión that help turn the elements to the required position. que el valor mínimo del parámetro del acuerdo vertical (Kv) A wide variety of technical solutions are in place for assembly que garantiza un galibo aceptable es Kv = 400. platforms. Most are rectangular and sized to be able to tempo- Las especificaciones técnicas de algunos fabricantes de turbinas rarily all wind turbine components. Other less usual geome- en el mercado exigen una distancia mínima entre acuerdos tries can be found in some countries, however, such as trape- verticales consecutivos. Este vínculo no suele ser necesario, ya zoidal and circular platforms in France and the United States, que un valor suficiente del Kv garantiza por sí mismo que se respectively. cumpla este requerimiento. Temporary on-site storage areas may also be envisaged at some La pendiente máxima depende fundamentalmente del tipo de distance from the turbines. This solution normally entails vehículos que se utilizarán para transportar los componentes delays and additional cost due to duplications in component de las turbinas. handling (need for additional cranes) and the use of special transport lorries, as well as longer crane rental times. Aunque parezca poco intuitivo, los puntos más peligrosos suelen ser aquellos con bajadas fuertes y prolongadas, debido In wind farms where earthworks have a heavy impact on the a la dificultad de frenar cargas excepcionales como la nacelle o cost per MW (and consequently on the return on investment), el tren de transmisión. finding the minimum point where their cost (which rises with platform size) intersects with installation costs (which decline Se suelen aceptar pendientes máximas del orden del 8%-9% en with platform size) is a highly recommended exercise. tramos con caminos de zahorra, pudiendo subir este valor hasta el 14%-15% en tramos con firmes especiales (riegos de impri- Platforms generally have the same cross-section as internal mación bituminosa, losas de hormigón, etc.) que permitan una roads, although where the soil’s bearing capacity is insufficient, mejor tracción de las ruedas de los camiones. the area bearing the main crane is usually strengthened. Whilst turbines that require grade-level assembly of the 5. Plataformas de Montaje rotor (hub plus the three blades) are still on the market, this procedure takes up considerable space and renders assembly La función de las plataformas de montaje es permitir el acopio particularly difficult in mountain areas. y la preparación de los distintos componentes del generador (tramos de torre, palas, buje, nacelle, etc.) y el montaje en condiciones de seguridad adecuadas. (izquierda / opposite) Generalmente se suele trabajar con una grúa principal que Fig. 3. Parque eólico en Adelaide, al sur de Australia levantará los componentes a la cota necesaria y una o más Fig. 3. Wind farm at Adelaide in the southern Australia

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grúas secundarias de retenida que ayudan la grúa principal a voltear los componentes y a orientarlos correctamente. También por lo que se refiere a las plataformas de montaje hay una enorme variedad de soluciones técnicas. Por lo general las plataformas suelen ser rectangulares y tener un tamaño que permita el acopio temporal de todos los componentes del aerogenerador. Sin embargo, dependiendo del país, se encuentran también geometrías más inusuales como plataformas trapezoi- dales (Francia) o circulares (Estados Unidos). También existe la posibilidad de trabajar con zonas de acopio alejadas de los aerogeneradores. En general esta solución conlleva retrasos y costes adicionales debido a la doble mani- pulación de las piezas (necesidad de contratar grúas adicionales), ulteriores viajes de los camiones especiales y más días de alquiler de la grúa principal. En parque eólicos donde los movimientos de tierras tengan un fuerte impacto en el coste por MW (y por tanto, en la rentabilidad de la inversión) es aconsejable hacer un ejercicio de búsqueda del punto mínimo de la suma de los costes de movimiento de tierras (que suben al aumentar el tamaño de las plataformas) y de los costes de instalación (que bajan al aumentar el tamaño de las plataformas). Es usual que tengan la misma sección transversal de los caminos internos del parque, aunque en zonas donde el terreno no garantiza una capacidad portante suficiente se suele reforzar la zona de apoyo de la grúa principal. Es interesante resaltar que siguen existiendo en el mercado turbinas que necesitan ensamblar el rotor (buje y las 3 palas) en el suelo, una solución que exige una importante cantidad de espacio y puede dificultar enormemente el montaje en zonas de montaña.

Fig. 4. Acuerdos verticales Fig. 4. Geometry of vertical alignments

256 257 X.IV. LA OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS • CIVIL WORKS IN WIND FARMS

6. Drenajes 6. Drainage La razón más frecuente del fracaso de la obra civil en los The most common cause of civil works failure in wind farms parques eólicos suele ser un deficiente estudio del drenaje. is deficient analysis of drainage needs. Flash flooding, for Incluso en áreas relativamente poco lluviosas suelen presen- instance, may occur even in fairly dry areas. tarse fenómenos de “flash flood” (inundaciones que ocurren Such events may be expected in ‘wadi’, the dry river beds de forma rápida e imprevista). strewn across the Arabian Peninsula (such as in Gabel El Zeit, Es el caso por ejemplo de los wadi, cauces secos muy frecuentes an area of Egypt where a number of large wind projects are en la península arábiga (por ejemplo en Gabel El Zeit, un área underway). en Egipto donde se encuentran en vía de desarrollo numerosos The Iberian Peninsula is also characterised by areas where importantes proyectos eólicos. nearly impermeable soil concurs with intense rain. Such is the También en la península ibérica pueden darse combinaciones case in and around Tarifa, where many of the earliest wind de zonas con sustratos prácticamente impermeable y periodos farms were built to capitalise on the favourable wind conditions de intensas lluvias. Es lo que se puede observar en la zona de but where insufficient attention was paid to drainage. Tarifa, donde se construyeron muchos de los primeros parques As a result, many farms that are a mere 4 or 5 years old now eólicos debido a las condiciones de viento muy buenas sin require additional, often costly investment. dedicar suficiente atención al drenaje. The standard drainage solutions in place for road design are Por esta razón, muchos parques con tan solo 4 o 5 años de vida generally applicable to wind farms: PVC or concrete pipes, ya necesitan nuevas, y en ocasiones, ingentes inversiones. rammed earth or lined gutters and box culverts. In more En general para el drenaje de los parques eólicos suelen complex scenarios, special solutions may also be used in slopes, emplearse las soluciones estándar de los proyectos de carre- including hydroseeding, pre-seeded erosion control blankets, teras: tubos en PVC u hormigón, cunetas en tierra o reves- sediment traps or temporary drainage. tidas, marcos. Cuando sea necesario, en los escenarios más complicados, suelen usarse soluciones especiales como taludes 7. Special Civil Works Solutions revestidos con hidrosiembra, mantas orgánicas anti erosión, A wide spectrum of special technologies has been deployed trampas de sedimentos o drenajes temporales. in wind farms in the past: lime or concrete stabilisation, geotextiles, geowebs, geocells and other synthetic materials, 7. Soluciones Especiales en la Obra Civil vibro-compaction, jet grouting and many others. Hay un abanico bastante grande de tecnologías especiales que One of the problems most commonly encountered, particularly se han empleado en los parques eólicos en el pasado: estabi- in emerging economies, is that technologies widely used in lización con cal u hormigón, uso de geotextiles, geomallas, Europe may be applied barely or not at all on other continents. geoceldas y otros materiales sintéticos, vibro compactación, jet Lime stabilisation is highly infrequent in Uruguay, for instance, grouting y muchas otras. where the number of wind turbines grew rapidly between 2010 Uno de los problemas más frecuentes, sobre todo en los and 2015. mercados emergentes, es que una tecnología de amplia utiliza- When trained personnel and the necessary machinery are ción en Europa puede tener escasa o nula aplicación en otros difficult to find, other solutions more in keeping with local continentes. custom should be the option of choice.

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50,30 m

(abajo / below) Fig. 5. Trailer transportando una grúa de montaje Fig. 5. Crane transport on flat trailer

(derecha / opposite) Fig. 6. Grúa para elevación de palas Fig. 6. Blade lifter

18 m 45,92 m

8. Special transport solutions One promising technology that is gradually gaining acceptance is the blade lifter. This machinery, based on a system of hydraulic jacks, lifts a blade lying on a trailer from the horizontal to a nearly vertical position, at up to a 60-degree angle. While not problem-free (cost of machinery, need to drive at much lower speeds, the complexities involved in the 3D simulation of combined trailer and blade movements), the

258 259 X.IV. LA OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS • CIVIL WORKS IN WIND FARMS

Por ejemplo, la estabilización con cal es muy poco frecuente en Uruguay, país que entre 2010 y 2015 ha experimentado un rápido crecimiento del número de turbinas instaladas. En casos donde sea complicado encontrar personal formado y la maquinaria necesaria será conveniente decantarse por otra solución más común en la zona.

8. Soluciones Especiales en el Transporte Una interesante tecnología que se está expandiendo paulatinamente es la del “blade lifter” o levantador de palas. Se trata de una maquinaria que, con un sistema de gatos hidráulicos, permite levantar la pala sobre el tráiler desde la posición horizontal hasta una posición casi vertical, con ángulos que pueden llegar a los 60 grados. Aunque esta solución no está exenta de problemas (el coste de la maquinaria, la necesidad de conducir a velocidades sustancialmente más reducidas, la dificultad de simular correctamente el movimiento conjunto de tráiler y pala en 3D) los ahorros son evidentes, sobre todo en parques extremamente complicados. Por esta razón es razonable esperar una mayor difusión de esta tecnología. Para tener un orden de magnitud, levantando una pala de 52 metros a 60° el diámetro barrido se reduce a tan solo 26 metros. Existen también otras soluciones más espectaculares, como el transporte en helicóptero o en dirigible. Desafortunadamente los precios de estos transportes especiales son tan elevados que casi nunca son rentables económicamente, así que se trata de casos muy raros.

Fig. 7. Camino de acceso de un Parque Eólico en Cantabria Fig. 7. Wind farm access road in the northern Spanish province of Cantabria

(pág. siguiente/overleaf) Figs. 8 & 9. Montaje de la pluma de una grúa Figs. 8 & 9. Boom assembly on main crane

258 259 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

260 261 X.IV. LA OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS • CIVIL WORKS IN WIND FARMS

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9. Aspectos Económicos de la Obra Civil en los solution entails obvious savings, especially in farms where Parques Eólicos conditions are extremely complex. The use of this technology Resulta muy complicado trabajar con precios “tipo” en lo que is consequently expected to grow. a la obra civil de los parques eólicos respecta. By way of example, lifting a 52-metre blade by 60° reduces the En los proyectos eólicos se suele distinguir entre el precio de diameter swept to a mere 26 metres. las turbinas y el precio de lo que es el “Balance of Plant” (BoP), Other more spectacular solutions are also in place, such as o sea todos aquellos trabajos civiles y eléctricos necesarios para transport in helicopters or dirigibles. Unfortunately, the price completar el parque. of such special facilities is normally too high to be cost-effec- El BoP suele comprender caminos, plataformas, cimenta- tive and hence they are very seldom used. ciones, zanjas y cables de media tensión, subestación y línea de evacuación, aunque ciertos elementos pueden no estar 9. Economic Factors affecting Civil Works in Wind presentes dependiendo del proyecto concreto: por ejemplo en Farms una extensión de un parque existente no suele ser necesario ‘Standard’ prices are very difficult to establish for wind farm realizar una nueva subestación o una nueva línea de evacuación civil works. de la energía. Wind energy designs generally distinguish between the cost of Actualmente, el precio de las turbinas on-shore ronda el millón turbines and the ‘balance of plant’ (BoP) costs, i.e., of all the de euros por megavatio. O sea, las turbinas para un parque de civil and electrical works needed in a finished farm. 50 MW pueden costar unos 50 Millones de euros. The BoP normally includes roads, platforms, foundations, A esta cantidad hay que añadir el BoP, con un coste por MW ditches and medium-voltage cables, the substation and the que suele encontrarse en una horquilla entre 100 000 € y overhead line and grid connection, although some elements 200 000 €. Costes superiores a los 300 000€ por MW pueden may be missing depending on the project: in enlargements poner en peligro la factibilidad del proyecto, mientras que of existing farms, for instance, neither the substation nor the valores inferiores a los 100 000 € por MW suelen darse solo en overhead grid connection is usually necessary. casos excepcionales. At this writing, the price of onshore turbines stands at around Es usual que la obra eléctrica sea algo más cara de la obra civil. one million euros per megawatt. In other words, it costs around Por lo que se refiere a la obra civil, como orden de magnitud, el 50 million euros to build the turbines for a 50-MW farm. 50% de la inversión es imputable a las cimentaciones mientras BoP costs have to be added to that figure, at around €100 000 que el otro 50% se puede atribuir a caminos, plataformas y to €200 000 per MW. Costs of over €300 000/MW may jeopar- zanjas para los cables de media tensión. dise project feasibility, whereas values of under €100 000 are Sin embargo estos valores pueden modificarse radicalmente en only exceptionally achieved. los casos donde sean necesarias actuaciones especiales para las Electrical works usually have a higher price tag than civil cimentaciones (pilotes in situ o prefabricados, substitución de construction. suelos, etc.) o para los caminos (por ejemplo donde la capacidad portante del suelo resulte muy escasa). Of the latter, about 50 % is attributable to foundations and

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10. Los Cinco Errores más Frecuentes en la Obra the other 50 % to roads, platforms and medium voltage cable Civil los Parques Eólicos ditches. A pesar de la ingente inversión necesaria para realizar una obra Nonetheless these values may change radically where special de este tipo no es infrecuente encontrar serios problemas en la works are needed for foundations (such as cast-in-place or obra civil, en fase de proyecto o en la obra. precast piles, soil replacement) or roads (to compensate for A continuación se citan los cinco errores que se suelen observar low soil bearing capacity, for instance). con más frecuencia. 10. The Five Mistakes most commonly made in Wind 1. Incorrecta (o inexistente) definición del drenaje Farm Civil Works Hay muchos parques que con 2 o 3 años de vida ya necesitan Despite the vast investment required for civil works in wind nuevas inversiones para volver a acondicionar los caminos farms, severe design or construction flaws are not uncommon. internos. Esto desata interminables discusiones entre las partes involucradas (proyectista, empresa constructora, propiedad) The five mistakes most frequently encountered are discussed para atribuir la responsabilidad del problema. below. Lo más frecuente es que nadie se haya encargado de un estudio 1. Unsatisfactory (or non-existent) provision for drainage hidrológico para definir la ubicación y el tamaño de las obras Many a farm has needed further investment after just 2 or 3 de drenaje. years of service to re-condition internal roads. This prompts Sin embargo, no siempre es culpa del ingeniero que firma endless argument among the parties concerned (designer, el proyecto: en muchos casos se intenta construir el parque builder, owner) over where the responsibility lies. utilizando planos de proyectos preliminares, redactados a una More often than not, no-one thought to commission a hydrol- escala y con un nivel de detalle no apropiado. ogical survey to position and dimension the drainage facilities. 2. Plataformas y caminos internos a cotas diferentes Nonetheless, the fault does not always lie with the engineer who authored the design: farms are often built using preliminary Aunque parezca increíble en proyectos de este tamaño, a veces design drawings drafted on a level of detail inappropriate for los proyectistas ni se preocupan de verificar que las plataformas such use. y los caminos que tienen al lado tengan la misma cota. 2. Differences in internal platform and road elevations 3. Incorrecta definición del paquete de firme Hard to believe as it is, given the scale of these projects, Otro problema bastante frecuente es que se defina la tipología designers sometimes fail to verify that the platforms and the de firme “a ojo”, sin disponer de información geotécnica que roads alongside them are built on the same elevation. avale la elección. Lo más normal, para una partida tan importante, sería encargar 3. Unsuitable pavement typology los estudios necesarios (CBR, granulometría, óptimo de Another fairly common problem is that pavement typology is Proctor, etc.). fruit of a ‘guestimate’, unendorsed by any manner of geotechnical data.

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264 265 X.IV. LA OBRA CIVIL DE LOS PARQUES EÓLICOS • CIVIL WORKS IN WIND FARMS

4. Curvas no calculadas correctamente Since this is such a sizeable budget item, best practice would En este caso, el proyectista se limita a preguntar cuál es el radio call for conducting any and all necessary surveys (CBR, particle mínimo, aunque este valor no es univoco (de hecho, depende size distribution, Proctor test...). de numerosas variables, entre las cuales se encuentra, por 4. Miscalculated curves ejemplo, el ángulo entre la tangente de entrada y de salida a la Here the mistake is to confine the design to the reported curva). minimum radius, a value that is not unequivocal, but rather 5. Ancho de camino insuficiente depends upon many variables including, for instance, the angle En más de un caso, el promotor pidió permisos medioambien- between the approach and end straights on a curve. tales (y firmó contratos de arrendamiento con los dueños de 5. Insufficient road width las parcelas) para “hacer un camino de 5 metros”. All too often, developers apply for environmental permits (and Sin embargo, se trata de 5 metros útiles. Entre el espacio que sign leases with lot owners) to build a ‘5-metre road'. ocupan los desmontes, los terraplenes, las cunetas y las zanjas That value refers, however, to the net width: the gross width, de cable el valor final suele ser sustancialmente superior. i.e., adding in the space needed for grading, embankments, gutters and cable ditches, is substantially greater.

(izquierda / opposite)

Fig. 10. Puesta de sol en un parque eólico en USA Fig. 10. Sunset over a wind farm in the USA

264 265 266 267 10.5 DE LAS RACHAS AL AMPERIO. LA INGENIERÍA ELÉCTRICA EN LOS PARQUES EÓLICOS FROM GUST TO AMPERE. ELECTRICAL ENGINEERING IN WIND FARMS MIGUEL ÁNGEL RUIZ & RAMÓN SAGARRA

1. Contexto Conceptual de la Energía Eléctrica en 1. Wind Farm Electrical Engineering in Context el Ámbito Eólico It is not until we wind energy engineers talk to family or friends Cuando uno en medio de una comida familiar o una tarde con about our work that we realise how deeply that technology amigos habla de su trabajo en el ámbito de la energía eólica, has impacted public opinion. People are generally astonished se da cuenta enseguida de cómo está presente esta tecnología by those steel and concrete ‘giants’ (in conscious or uncon- en el imaginario popular. La gente pregunta asombrada sobre scious tribute to Miguel de Cervantes) that crown mountains estos gigantes (con permiso de Miguel de Cervantes) de acero and dot plains, harnessing the wind and transforming it into y hormigón que coronan cumbres montañosas y planicies, clean, cheap and accessible power. cosechando el viento y transformándolo en una energía limpia, barata y accesible. They are curious to know how such huge components could Curiosos, plantean cuestiones sobre cómo consiguen trans- have been transported to their present site and assembled portar esas enormes piezas hasta los emplazamientos, cómo against strong gusts of wind; or they ask about facts and montan todos los componentes a grandes alturas y bajo fuertes figures read in magazines or heard on television in favour or ráfagas de viento o inquieren sobre datos y argumentos leídos against the technology. They may even smile condescendingly en revistas y escuchados en televisión a favor y en contra de when, out of professional zeal, we explain that what the public esta tecnología. Incluso sonríen cuando uno, fruto de la defor- at large calls ‘mills’ are actually ‘wind turbines’. They nonethe- mación profesional y tras escuchar varias veces la palabra less tend to listen attentively to our accounts of incidents and molino, les explica que se llaman aerogeneradores, escuchando stories around these extraordinary structures. atentamente las anécdotas que yo, con mi todavía breve expe- And all the while they, unknowingly, have touched on a key riencia, puedo a bien explicarles. conceit: power. That notion, usually eclipsed in conversa- Sin tan siquiera darse cuenta, han mencionado un concepto tions about towers several tens of metres tall, the techniques clave: la energía. Este concepto, habitualmente eclipsado en involved in building a blade or the courage of the maintenance las conversaciones por el tamaño de las torres con decenas technicians who work at those heights in adverse weather, de metros de altura, la técnica detrás de la construcción de is none other than electric power. We build wind farms for una pala o la valentía de los técnicos que realizan las tareas de one reason and one reason only: to generate clean, universally mantenimiento suspendidos a decenas de metros y con condi- accessible electricity at a low cost. ciones meteorológicas adversas, no es otro que la energía eléc- Ensuring optimal operating conditions in a wind farm calls trica. Construimos parques eólicos nada más y nada menos que for coordinating all the fields of engineering involved in the para generar electricidad de forma limpia, a un coste bajo y al design and construction of these facilities. A wind farm cannot alcance de todos. be designed in airtight compartments, but rather must elicit

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Conseguir las mejores condiciones de funcionamiento en un ongoing dialogue among the specialists involved to maximise parque eólico requiere el trabajo conjunto de todas las disci- wind turbine performance, reduce investment costs and plinas de la ingeniería involucradas en el diseño y construc- generate the greatest possible amount of electric power. As an ción de estas instalaciones. El diseño de un parque eólico no electrical engineer in a large civil engineering firm I have fully debe realizarse en compartimentos estancos, sino que debe assimilated that idea. ser fruto de un diálogo constante entre las distintas especiali- Nonetheless, sometimes due to inexperience or the client’s dades involucradas que permita maximizar el rendimiento de tendency to prioritise certain technical disciplines over others, los distintos aerogeneradores, reducir la inversión y generar la complications arise that entail design revisions a posteriori, mayor cantidad de energía eléctrica posible. Ser un ingeniero squeezing already tight schedules. Examples of such complica- eléctrico en una gran empresa de ingeniería civil me ha hecho tions include wind turbines (initially sited in locations chosen on tener muy clara esta idea. the grounds of exhaustive wind resource studies) that have to No obstante, ocurre a veces que por desconocimiento de be relocated because road access is not technically or econom- los implicados o incluso porque el cliente prioriza disciplinas ically feasible; roads that need to be widened or re-mapped técnicas respecto a otras, se producen situaciones complicadas because no account was taken of the area occupied by the que obligan a revisar el diseño a posteriori y a incrementar los roadside ditches that house the power cables; or earthing plazos de desarrollo que son ya de por sí muy ajustados. Aero- systems that need to be reinforced (at extra cost) because generadores ubicados inicialmente en un terreno de acuerdo general purpose geotechnical rather than site-specific parame- a un exhaustivo estudio del recurso eólico que deben ser ters were applied. movidos de sitio porque el acceso mediante viales a estas posi- This chapter addresses how, why, with whom, how much ciones resulta técnica y/o económicamente inviable, caminos and when electric power should be generated in wind farms. que deben ampliarse o modificarse porque no se ha tenido en We aim to enhance public awareness of the role of electrical cuenta el espacio que ocupan las zanjas de cables que discurren engineering, for electricity is often viewed as an overly complex, adosadas a ellos o sistemas de puesta a tierra que deben incre- almost ‘magical’ phenomenon that is nonetheless largely taken mentarse sustancialmente en material (y consecuentemente, en for granted. As generating electric power is the ultimate aim of coste) como consecuencia de unos parámetros geotécnicos de wind energy companies the world over, its main developments, partida generalistas, son algunos de estos ejemplos. facilities, components and design methods must be understood Este capítulo trata, precisamente, el cómo, el por qué, el con to ensure optimal wind farm design and encourage dialogue quién, el cuánto y el cuándo de la generación de energía eléctrica among the various disciplines participating in this type of en parques eólicos. Nuestro objetivo no es otro que reivindicar projects. el papel de la ingeniería eléctrica en un imaginario popular que Our hope is that this overview of wind energy-related tiende a considerar la electricidad como un aspecto excesiva- electrical technology will pique readers’ curiosity, prompting mente complicado, una especie de “magia” que simplemente them to explore the field further. By way of a closing to this ocurre y que se da por resuelta. La generación de energía eléc- brief prologue, allow me to thank them for their attention with trica constituye el producto final de cualquier empresa eólica a quote from William Faulkner: en el mundo entero, por lo que resulta esencial comprender los Gratitude is a quality similar to electricity; it must be produced principales fenómenos, equipos, componentes y metodologías and discharged and used up in order to exist at all.

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de diseño que permitan diseñar el parque eólico de la mejor 2. Harnessing the Wind. Electric Power Generation forma posible, facilitando el diálogo entre las distintas disci- in Wind Turbines plinas que conviven en este tipo de proyectos. 2.1 Fundamentals of electric power generation from Esperemos que al terminar este capítulo, el lector haya conse- wind energy guido una primera imagen de la técnica eléctrica en el ámbito eólico que encienda su curiosidad y constituya el punto de Wind turbine blades are designed to harness part of the wind’s partida de un mayor aprendizaje futuro. Antes de entrar en kinetic energy and convert it into mechanical energy by turning materia, terminamos agradeciendo la atención prestada, para lo a horizontal axis called a rotor. But how is that mechanical que parafrasearemos si nos permiten al gran William Faulkner: energy converted into electric power? The answer to that question lies in electric generators. “La gratitud es una cualidad similar a la electricidad: debe ser producida, descargada y utilizada con el fin de existir del Drawing from the encyclopaedia, an electric generator can be todo.” defined as a machine that transforms rotary mechanical energy into electric power through the interaction between a station- 2. Cosechando el Viento. Generación de Energía ary element, the stator, and a mobile component, the rotor Eléctrica en Aerogeneradores (Fig. 1). Electrical generators are divided into alternators and dynamos. Alternators generate electric power in the form of 2.1 Fundamentos eléctricos de la generación de energía alternating current whereas dynamos generate direct current. eólica Legend has it that during an interview, Albert Einstein was El diseño de las palas de un aerogenerador permite captar asked by a journalist if he could explain the theory or rela- parte de la energía cinética del viento y convertirla en energía tivity. Einstein replied by asking the interviewer if he could mecánica mediante el giro de un eje horizontal llamado rotor. explain how to fry an egg. Surprised by the German physicist’s Sin embargo, ¿cómo convertimos esta energía mecánica en energía eléctrica? La respuesta a esta pregunta es el generador eléctrico. Tirando de enciclopedia, podemos definir el generador eléc- trico como una máquina que transforma energía mecánica de rotación en energía eléctrica mediante la interacción entre una parte fija, denominada estátor, y una parte móvil, el rotor (Figura 1). Los generadores eléctricos se dividen en alternadores Eje / Shaft y dinamos. Los alternadores generan energía eléctrica en forma de corriente alterna, mientras que en las dinamos la generación Rotor / Rotor de energía eléctrica se produce en forma de corriente continua. Se cuenta que, estando Albert Einstein reunido con un perio- Estátor / Stator dista, el primero le preguntó: ¿Me puede usted explicar la Ley de la Relatividad? El científico respondió con una nueva Fig. 1. Rotor y estátor de un generador eléctrico pregunta: ¿Me puede usted explicar cómo se fríe un huevo? Fig. 1: Generator rotor and stator

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Extrañado ante la respuesta del físico alemán, el periodista response, the journalist replied affirmatively, to which Einstein contestó afirmativamente, a lo cual Einstein replicó: “Bueno, said: ‘Fine, go ahead, but imagine that I don’t know what an pues hágalo pero imaginando que yo no sé lo que es un huevo, egg is, or a frying pan or oil or fire.’ Unwittingly, I’ve just fallen ni una sartén, ni el aceite, ni el fuego”. Sin darme cuenta, me into the journalist’s trap, trying to explain what an electric he comportado como aquel periodista explicando al lector el generator is based on alternating and direct current, which I generador eléctrico a través de los conceptos de la corriente should have defined first. alterna y la corriente continua, de obligada explicación. Although the existence of electricity was known centuries Aunque la electricidad como fenómeno se conocía ya desde before, it was not until 1800 when Italian physicist Alessandro siglos anteriores, no fue hasta el año 1800 cuando el físico Volta invented the first electric battery and managed to confine italiano Alessandro Volta inventó la primera pila eléctrica y a flow of electric current in a closed circuit. Years later, in the consiguió confinar un flujo de carga eléctrica en un circuito wake of the discovery of the Hall effect by U.S. physicist Edwin cerrado. Años después, y a raíz del descubrimiento del Efecto Herbert Hall, electrons were identified as the entities that carry Hall por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall, se the charge in metals. Electric current is, then, a flow of electric comprobó que los portadores de carga en los metales son los charges that run through a conductor material. The resistance electrones. La corriente o intensidad eléctrica es, por tanto, of the material to that flow (measured in ohms [Ω]) induces a un flujo de cargas eléctricas que discurren por un material difference in electric potential (called voltage and measured in conductor con una resistencia determinada (medida en Ohmios volts [V]) at the two ends of the conductor. Electric current is [Ω]), y en cuyos extremos existe una diferencia de potencial, measured physically in amperes [A], 1 ampere being equivalent también denominado tensión o voltaje y medido en Voltios to a 1-coulomb [C] electric charge flowing through the cross- [V]. La corriente eléctrica se mide físicamente en Amperios [A], section of a conductor in one second. Electric power, the siendo 1 amperio el paso de una carga eléctrica de 1 culombio product of voltage times current, is measured in watts (W). [C] atravesando un material conductor durante un segundo. La Energy, in turn, is power per unit of time and where electricity potencia eléctrica será el producto del voltaje y la corriente, y se is concerned, is expressed in watt-hours (W· h) or its multiples. medirá en vatios [W]. Multiplicando la potencia por una unidad As mentally visualising these phenomena is not easy, they are de tiempo se obtiene la energía, que en el ámbito eléctrico se often explained by analogy to water. Imagine a closed circuit cuantifica en vatios-hora (W· h) y sus múltiplos. consisting in pipes through which a pump drives water. Since Comprender físicamente estos fenómenos no es tarea sencilla, electric current behaves much like the water in those pipes, por lo que habitualmente se utiliza en su explicación la analogía certain analogies can be drawn. The water pipes would play con el agua. Imaginemos un circuito cerrado formado por una the same role as the conductor, i.e., the element through which bomba que empuja el agua por el interior de unas tuberías que water or electricity flows. The pressure generated by the pump forman un circuito cerrado. La corriente eléctrica se comporta would be equivalent to the voltage or difference in potential de forma similar al agua dentro de esta tubería, pudiendo in the battery, for it ‘drives’ the water through the pipes just as establecer ciertas analogías entre los elementos. Las tuberías voltage induces the flow of electric current. de agua se corresponderían con el hilo conductor, ya que por The flowrate of the water circulating in the pipes [litres/ ellas circula el flujo de agua y electricidad, respectivamente. La second] would be the electric current [C/s]. Lastly, the resis- presión generada por la bomba de agua sería equivalente al tance of the pipes to the circulation of the water (generating

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voltaje o diferencia de potencial de la pila, ya que empuja el agua a difference in pressure between the two ends due to friction- a través de las tuberías de igual forma que el voltaje induce el induced head loss) would be analogous to the voltage drop paso de corriente. prompted by the conductor’s resistance to the flow of electric El caudal de agua que circula por las tuberías [litros/segundo] current, further to Ohm’s law. sería la corriente eléctrica [C/s]. Finalmente, la resistencia de las Two types of electric current can circulate in a closed circuit. tuberías al paso de agua (generando una diferencia de presión –– Direct current (DC) is current that flows in one direction entre un extremo y otro por efecto de la pérdida de carga debido only (it does not change direction over time). The electrons al rozamiento), se correspondería con la caída de tensión provo- in a direct current circuit always flow in the same direction, cada por la resistencia del conductor al paso de la corriente eléc- from the battery’s positive to its negative pole. This is the trica, de acuerdo a los principios de la Ley de Ohm. type of current used in mobiles, toys and exceptionally in La corriente eléctrica que circula por un circuito cerrado puede ultra-high voltage transmission. ser de dos tipos: –– Alternating current (AC) is electric current in which –– Corriente continua (CC): es el flujo de carga eléctrica en the flow of electric charge reverses direction at a given el interior de un conductor sometido a una diferencia de frequency. That frequency is measured in Hertz [Hz]. In potencial que no cambia de sentido con el tiempo. Los Spain, for instance, it is 50 Hz, or 50 periods per second electrones de un circuito eléctrico de corriente continua (one full period every 0.02 seconds). This is the current van siempre en la misma dirección, desde el polo positivo found in domestic outlets and used on a routine basis the al polo negativo de la batería. Esta es la corriente que utili- world over. zamos en móviles, juguetes y excepcionalmente en gran transporte de energía. Corriente continua Corriente alterna –– Corriente alterna (CA): es el flujo de carga eléctrica en el Direct current (DC) Alternating current (AC) interior de un conductor en el que la intensidad y el sentido de circulación de los electrones se modifica en el tiempo con una frecuencia determinada. Esta frecuencia se mide 2 2 1 en [Hz] y, para el caso particular de España, fijada en 50 Hz, se corresponde a 50 periodos por segundo (un periodo completo cada 0.02 segundos). Es la corriente que tenemos 3 V, I en los enchufes de nuestra casa y la que se utiliza de forma Amplitud generalizada. 1. Bomba hidráulica Amplitude Water pump (DC) Entender el significado físico de la corriente continua y alterna 2. Rueda hidráulica Water wheel no es fácil, por lo que se suele utilizar nuevamente un símil Tiempo 3. Pistón (AC) hidráulico para explicar la diferencia entre ambos. Tal y como Piston Time muestra la Figura 2, un circuito de corriente continua que alimenta una bombilla incandescente podría ser equivalente a Período /Period un montaje hidráulico formado por una bomba y una rueda Fig. 2. Tensión e intensidad en corriente continua (DC) y alterna (AC) hidráulica conectadas mediante tuberías que delimitan un Fig. 2. Voltage (V) and direct (DC) and alternating (AC) current

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circuito cerrado. La bomba hace circular el agua siempre en A water-based simile is again used to get a better grasp on the el mismo sentido de igual forma que los electrones se mueven physics of direct and alternating current. As Figure 2 shows, desde el polo positivo al negativo en un circuito eléctrico. La a direct current circuit that powers an incandescent light bulb rueda hidráulica girará por efecto de la circulación del agua a could be equated to a hydraulic assembly consisting in a pump través de ella y lo hará en un mismo sentido, de igual forma connected to a waterwheel by pipes forming a closed circuit. que se ilumina la bombilla como consecuencia del paso de la The pump makes the water consistently circulate in the same corriente por su filamento incandescente. direction, just as electrons move from the positive to the Si alimentamos ahora esta bombilla con corriente alterna, se negative poles in an electric circuit. The waterwheel is turned produce una diferencia sustancial. En su equivalente hidráu- by the force of the water circulating through it, always in the lico, la bomba hidráulica ya no hace circular el agua en una same direction, just as the bulb lights up as the current flows misma dirección, sino que cambia de sentido como efecto through its incandescent filament. de la subida y bajada del émbolo. La rueda hidráulica efecti- When the bulb is powered with alternating current the vamente gira, pero lo hace ahora en dos sentidos: cuando el difference is substantial. In the hydraulic equivalent, the water émbolo sube, en sentido antihorario, y cuando el émbolo baja, is no longer driven in a single direction, but rather reverses en sentido horario. Lo mismo ocurre en el caso de la bombilla, under the rise and fall of a piston. The waterwheel continues pues la corriente atraviesa el filamento primero en un sentido y to turn, but now in two directions: counter-clockwise when después en otro, encendiéndola. En este punto el lector segu- the piston rises and clockwise when it drops. Analogously, the ramente tenga una pregunta muy razonable: si la corriente current flows across the filament in the light bulb first in one alterna cambia de dirección constantemente, ¿no se apaga la direction and then in the other, turning it on. At this point bombilla en el momento del cambio de sentido? Es decir, ¿no the reader may well ask a very reasonable question: won’t the hay un pequeño instante en el que la rueda no gira, justo antes light bulb go off for a split second as the alternating current de cambiar de dirección? De hecho, no puede estar más en lo reverses direction? In other words, isn’t there an instant in cierto. Una bombilla iluminada con corriente alterna a 50 Hz which the wheel stops turning, just before it changes direction? se enciende y apaga 100 veces cada segundo (es decir, una vez Absolutely right. A light bulb powered with 50-Hz alternating cada 0.01 segundos), simplemente que esto sucede tan rápido current goes on and off 100 times per second (i.e., once every que el ojo humano es incapaz de notarlo del mismo modo 0.01 seconds). It happens so quickly, however, that it is not que cuando vamos al cine no percibimos los fotogramas que perceivable by the human eye, any more than each separate componen la película. frame in a motion picture. La existencia de estos dos tipos de corriente eléctrica supuso The existence of these two types of electric current induced an una carrera sin precedentes a finales del siglo XIX, entre los unprecedented race at the end of the nineteenth century that partidarios del uso de la corriente continua con Thomas Alva came to be known as the Current War, waged on the one hand Edison y J. P. Morgan como principales defensores y la distri- by the advocates of direct current, headed by Thomas Alva bución de corriente alterna defendida por George Westing- Edison and J.P. Morgan, and on the other by the champions house y Nikola Tesla (para muchos, nosotros incluidos, una of alternating current, most prominently George Westing- de las mentes más brillantes de la historia de la humanidad), house and Nikola Tesla (for many, these author among them, conocida como la Guerra de las Corrientes. La facilidad de trans- one of humanity’s most brilliant minds). The ease with which

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formación de la corriente alterna a través de los transforma- alternating current could be transformed and the resulting dores y las menores pérdidas eléctricas en la distribución de reduction in electrical losses ultimately weighed the scales in energía como consecuencia de ésta terminó decantando la favour of that form of electricity, which is used in virtually all balanza de este lado, siendo ésta la configuración existente en homes today. That historic and largely forgotten battle features la práctica totalidad de los hogares actuales. Esta histórica y all the ingredients of the best science fiction plots, with desconocida batalla tiene todos los elementos característicos laboratories and experiments comparable to those described de las mejores historias de ciencia ficción, con laboratorios y by Mary Shelley, public electrocutions of elephants and docu- experimentos comparables a los de las novelas de Mary Shelley, ments that went missing or were mysteriously confiscated by electrocuciones públicas de elefantas, documentos desapare- the FBI after the death of a scientist, among others (Figs 3-5). cidos y misteriosas confiscaciones por iniciativa del FBI a la muerte del científico, entre muchos otros. Fig. 3. Electrocución con corriente alterna de la elefanta Topsy por parte Fig. 3. Edison’s electrocution of the elephant Topsy using alternating de Edison, 1903 current, 1903

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Fig. 4. Retrato fotográfico de Tesla a la edad de 34 años realizado por Napoleon Sarony, 1890 Fig. 4. Napoleon Sarony’s 1890 photographic portrait of Tesla at the age of 34

(pág. derecha / opposite page) Fig. 5. Fotografía de Tesla trabajando en su laboratorio de Long Island Fig. 5. Photograph of Tesla working at his Long Island laboratory

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Regresemos ahora a los generadores. Hemos comentado antes But let’s come back to generators. Alternators were said earlier que el alternador genera energía eléctrica en forma de corriente to generate electricity in the form of alternating current. The alterna. El principio que rige la generación eléctrica en este principle that governs electric power generation in this type tipo de máquinas es la Ley de la Inducción Electromagnética of machines is Faraday’s law of electromagnetic induction, de Faraday planteada por el físico y químico británico Michael put forward in 1831 by British physicist and chemist Michael Faraday a raíz de sus experimentos en 1831. Faraday. El físico danés Hans Christian Øersted había descubierto en In 1820 Danish physicist Hans Christian Øersted had 1820 que el paso de una corriente eléctrica por un hilo conductor discovered that when electric current flows through a genera un campo electromagnético. La Ley de Faraday se basa conductor it generates an electromagnetic field. Faraday’s law, en este fenómeno y establece que si introducimos una espira based on that reality, posits that if a wire coil is placed in a dentro de un campo magnético y la hacemos girar, se inducirá magnetic field and rotated, it induces electric current in that una corriente eléctrica en ésta (generador eléctrico). Alternati- field (electric generator). Conversely, if a coil through which vamente, si tenemos una espira por la que circula una corriente electric current circulates is placed in a magnetic field, the coil eléctrica y la introducimos en un campo magnético, la espira begins to rotate (electric motor). When the coil is rotated in comenzará a girar sobre sí misma (motor eléctrico). Cuando a magnetic field, the poles are inverted and consequently the giramos la espira dentro del campo magnético, estamos invir- voltage generated varies, oscillating in a sigmoid wave pattern tiendo los polos y por tanto variando la tensión generada que (as in domestic outlets). The current induced depends on the oscilará mediante una onda senoidal (como la que tenemos en amount of magnetic flow intercepted by the coil. los enchufes de casa). La corriente inducida dependerá de la Alternating current generators, in turn, can be classified under cantidad de flujo magnético que la espira puede interceptar. two headings. Los generadores de corriente alterna, a su vez, pueden divi- –– In synchronous generators the rotor rotates at the same dirse en dos tipos: speed as the magnetic field in the stator. Synchronous generators need to make electric current circulate through –– Generador síncrono: es aquel en el que el rotor gira a the rotor to magnetise it. When the rotor is driven by la misma velocidad que el campo magnético del estátor. a mechanical force (a steam turbine or, in this case, the Los generadores síncronos necesitan hacer circular una blades of a wind turbine), an electric current is induced corriente eléctrica por el rotor para magnetizarlo. Al girar in the stator windings. The result is alternating current el rotor por acción de una fuerza mecánica (una turbina with an oscillating frequency proportional to the rotor’s de vapor, o en el caso que nos ocupa, las palas de un aero- frequency or speed of rotation (known as synchronous generador), se induce una corriente eléctrica en los bobi- speed) and the number of magnetic poles. An alternator is nados del estátor. El resultado es una corriente alterna con a typical example of a synchronous electric generator. una frecuencia de oscilación proporcional a la frecuencia –– Asynchronous or induction generators are essentially o velocidad de rotación del rotor (llamada velocidad de induction motors operating in reverse. When operating as sincronismo) y del número de polos magnéticos. El alter- a motor, their rotor receives no power directly, but rather nador es un ejemplo típico de generador eléctrico síncrono. current is induced in it by the magnetic field generated by –– Generador asíncrono o de inducción: es básicamente un the current circulating in the stator. Such induced current motor de inducción funcionando del revés. Cuando actúa in turn generates an induced magnetic field which, when

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como motor, el rotor no recibe energía de forma directa sino close enough to the magnetic field in the stator (without que se le inducen corrientes por efecto del campo magnético actually intersecting with it), rotates the motor axis. When generado por la circulación de corriente en el estátor. Estas IGs operate as generators, their rotor must rotate faster corrientes inducidas generan a su vez un campo magnético than the stator’s magnetic field (i.e., above synchronous inducido que, al desplazarse respecto del campo magnético speed), generating electric power. del estátor (sin alcanzarlo nunca), gira el eje del motor. Al 2.2 Types of electric generators in wind turbines actuar como generador, es necesario que el rotor gire más Turbine is the name normally given to the machine that rápido que el campo magnético del estátor (velocidad dife- transforms the energy in a fluid (water, steam, gas or air) into rente a la de sincronismo), generando energía eléctrica. mechanical energy. It does so with a series of sails, coils, blades 2.2 Tipologías de generador eléctrico para or receptacles positioned around a rotating axis called a rotor. aerogeneradores When attached to a generator, the assembly produces electric Denominamos comúnmente turbina a la máquina que convierte power. la energía aportada por un fluido (ya sea agua, vapor, gas o aire) Wind turbines, then, drive electric generators. Wind turbines en energía mecánica. Para ello, se sirve de una serie de palas, can be classified by a number of parameters, the most common hélices, cuchillas o receptáculos colocados alrededor de un eje of which is speed control. As they are represented here using giratorio llamado rotor. Uniendo una de estas turbinas a un electrical symbols unfamiliar to most lay readers, a detailed generador, es posible generar energía eléctrica. explanation of each type of turbine illustrated is summarised Un aerogenerador es pues, una turbina eólica que acciona un below. generador eléctrico. La clasificación de las distintas configu- Type I: fixed speed turbines with squirrel-cage induction raciones de aerogeneradores puede realizarse en función de generators (SCIG) diversos parámetros, siendo la más habitual la clasificación según control de velocidad. Para presentarla utilizaremos There is no cause for alarm here: no adorable rodents need simbología eléctrica que seguramente será desconocida para el to be rescued from cruel exploitation. Squirrel-cage induction lector no eléctrico. Esto no debe sin embargo desanimarle, pues generators are so named because of the curious shape of the las imágenes se incluyen como complemento a una explicación conductors in the rotor, consisting in a series of copper or detallada de cada uno de los tipos de turbina que se resumen en: Tipo I: turbinas de velocidad fija basadas en un generador asíncrono de inducción tipo jaula de ardilla Que nadie se asuste, ningún pobre roedor necesita ser resca- tado. Los generadores de inducción tipo jaula de ardilla reciben este nombre por la curiosa forma de los conductores del rotor, formados por una serie de barras de cobre o aluminio unidas en sus extremos mediante anillos del mismo material que se asemejan a una jaula. En los aerogeneradores Tipo I (fig. 6), el generador eléctrico se encuentra conectado directamente a Fig. 6. Configuración típica de una turbina Tipo I la red con el rotor girando a una velocidad fija respecto a la Fig. 6. Typical type I turbine configuración típica

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frecuencia de ésta. Esta configuración es simple y con un coste aluminium bars held together at the ends by rings of the same relativamente menor en comparación con el resto de tipologías. material, forming what looks like a cage. In Type I (Figure 6) Hasta finales de los años 90 del siglo pasado, la gran mayoría wind turbines, the generator is connected directly to the grid, de fabricantes basaban sus diseños en esta configuración, utili- with the rotor rotating at a constant speed relative to grid zando un generador de inducción de jaula de ardilla conven- frequency. The set-up is simple and less costly than in other cional y un sistema de engranajes de una etapa para conseguir types of facilities. las velocidades de rotación requeridas. Sin embargo, el desgaste Until the late nineteen nineties, most manufacturers based their prematuro de la multiplicadora por efecto de la transmisión de designs on this configuration, using conventional squirrel-cage las fluctuaciones del viento a los componentes, la necesidad de induction generators and a single gear system to maintain the compensación de reactiva y otros inconvenientes como la nece- rotational speeds required. The premature wear on the gearbox sidad de un arrancador para suavizar las elevadas corrientes de due to the transmission of wind fluctuations to its compo- arranque propias de los generadores de jaula de ardilla han nent parts, however, along with the need to compensate for terminado por relegar su uso respecto a otras configuraciones reactive power and other drawbacks such as having to use a de velocidad variable, más flexibles, silenciosas y con mayor starter to smooth the high start-up current peaks characte- eficiencia. ristic of squirrel-cage generators, ultimately determined their Tipo II: turbinas de velocidad variable limitada basadas en replacement with other more flexible, quieter and more effi- un generador asíncrono de inducción tipo rotor bobinado cient variable speed set-ups. con velocidad de rotor variable mediante electrónica de Type II: limited variable speed turbines with wound rotor potencia induction generators (WRIG) En los aerogeneradores Tipo II (fig. 7) el generador también se conecta directamente a la red eléctrica. En este caso, sin In Type II (Fig. 7) wind turbines the generator is also connected embargo, el uso de un generador de rotor bobinado permite directly to the electric power grid. Here, however, the turbine is incorporar un sistema de resistores variables para aumentar la fitted with a wound rotor, whereby a system of variable resis- capacidad de regulación de la máquina y disminuir las corrientes tors can be built into the facility to enhance machine control de arranque. and lower the start-up current. Si se incrementa la resistencia eléctrica del circuito del rotor, éste debe girar a una velocidad mayor para generar la misma cantidad de energía. Esta característica resulta de gran utilidad en momentos de ráfagas puntuales de viento, ya que permite al rotor absorber incrementos de velocidad de giro de hasta el 10% sin transmitir vibraciones ni rozamientos a la multiplicadora, incorporando eso sí algunas pérdidas eléctricas como consecuencia del calentamiento de los resistores durante su uso. A su vez, los aerogeneradores Tipo II permiten controlar la velocidad de giro mediante los sistemas de pitch para opti- Fig. 7. Configuración típica de una turbina Tipo II mizar la generación de energía en cada momento. Fig. 7. Typical type II turbine

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Tipo III: turbinas de velocidad variable basadas en un gene- If the electrical resistance in the rotor circuit is raised, it has rador de inducción doblemente alimentado to rotate at a greater speed to generate the same amount of La configuración Tipo III (fig. 8) elimina las pérdidas por calen- power. That property is particularly useful during sporadic tamiento en los resistores sustituyendo éstos por un sistema de wind gusts, for it enables the rotor to absorb rises in rotational excitación de corriente alterna con frecuencia variable a través speed of up to 10 % without transmitting vibration or friction de convertidores de electrónica de potencia. Se trata de la confi- to the gearbox. Some electrical loss is nonetheless incurred guración más utilizada en los aerogeneradores actuales, ya que because resistors heat up when they are in use. Type II wind incorpora mayor control de la máquina a pesar de incrementar el turbines can also control rotational speed by regulating blade coste. Los convertidores utilizados son relativamente pequeños pitch to optimise power generation at any given time. (aproximadamente un 30% de la potencia nominal del aeroge- Type III: variable speed turbines with doubly-fed induction nerador), pero permiten un amplio control de la potencia en el generators circuito del estátor con una pequeña inyección de energía en The Type III (Fig. 8) set-up eliminates the temperature rise el rotor. Además, presentan la gran ventaja de poder separar el in the resistors by replacing these components with a variable control de la potencia activa y reactiva a pesar de tratarse de un frequency alternating current excitation system using power generador asíncrono, resultando en una gran robustez de los electronics converters. This is the set-up most commonly used equipos incluso durante perturbaciones importantes en la red. in today’s wind turbines despite the higher costs involved, for Tipo IV: turbinas de velocidad variable tipo Full Converter, it affords greater control over the machine. con o sin acoplamiento directo en configuraciones diversas The converters used are fairly small (approximately 30 % of the Los aerogeneradores de Tipo IV (fig. 9) se conectan a la red rated capacity of the wind turbine), while featuring significant a través de un convertidor de frecuencia, lo que permite a control of the power in the stator circuit by feeding the rotor with la turbina girar a la velocidad aerodinámica óptima en cada only a small amount of power. Another substantial advantage momento sin provocar alteraciones de frecuencia en el vertido to this configuration is that, even though the generator runs de energía: es decir, la frecuencia del generador es totalmente asynchronously, reactive and real power can be controlled sepa- independiente de la frecuencia de la red. Como inconveniente rately, ensuring robust facility performance even in the presence principal, el tamaño de los convertidores de frecuencia debe of major grid disturbance. ser igual a la potencia nominal del aerogenerador más la capacidad de aporte de reactiva necesaria, lo que supone grandes convertidores con un elevado coste. Gracias a esto, es posible eliminar la caja de engranajes, reduciendo así el coste y las elevadas necesidades de mantenimiento de este tipo de componentes y permitiendo incluso suminis- trar energía reactiva a la red si es necesario. Los sistemas Tipo IV pueden utilizarse con cualquier tipo de generador eléctrico, aunque este tipo de configuración utiliza habitualmente generadores síncronos de imanes permanentes con acoplamiento Fig. 8. Configuración típica de una turbina Tipo III directo o con multiplicadora de una etapa. Fig. 8. Typical type III turbine configuration

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La consecuencia de eliminar la caja de engranajes es un generador con un elevado número de polos magnéticos, incrementando el diámetro de la góndola así como el coste del equipo por el uso de una gran cantidad imanes permanentes, hechos habitualmente de materiales escasos y caros y muy sensibles a la temperatura por lo que requieren sistemas de refrigeración en el rotor. Por el contrario, la ausencia de engranajes supone una disponibilidad para los sistemas de acoplamiento directo de virtualmente el 100% respecto a las configuraciones con Fig. 9. Configuración típica de una turbina Tipo IV multiplicadora, que presentan pérdidas de disponibilidad entre Fig. 9. Typical type IV turbine configuration el 1% y el 5% que reducen la generación del parque e incrementan los costes de operación y mantenimiento. Así mismo, a Type IV: variable speed turbines with full power electronic pesar de que a priori un diseño estructural más robusto pueda conversion, several configurations ser necesario derivado de un mayor diámetro de rotor (incre- As Type IV (Fig. 9) wind turbines are connected to the grid mentando en consecuencia el coste) la posibilidad de integrar through a frequency converter, the turbine can rotate at the el eje del rotor directamente en el hub del aerogenerador simpli- optimal aerodynamic speed at all times without altering fica el diseño y permite contrarrestar el coste. the frequency at which power is delivered. In other words, Resulta difícil predecir qué sistema de generación será el predo- generator frequency is wholly independent of grid frequency. minante en los aerogeneradores instalados en los próximos The main drawback is that the frequency converters must be años, o incluso si surgirán nuevos tipos basados en configura- sized to equal the rated capacity of the wind turbine plus the ciones que hoy en día existen sólo en laboratorios de universi- necessary reactive power capacity, which translates into very dades y en los departamentos de I+D de los tecnólogos. large and costly machines. De hecho, si consideramos los últimos modelos de aerogenerador fabricados por los principales tecnólogos observaremos This set-up nonetheless eliminates the need for a gearbox, una gran diversidad de configuraciones en tren de potencia, con lowering costs in that respect and the demanding maintenance modelos como el Vestas V164-7.0 basados en un generador requirements of such components. It can also feed reactive síncrono de imanes permanentes y una multiplicadora de velo- power into the grid where necessary. Whilst Type IV systems cidad media, aerogeneradores como el Siemens SWT 154-6.0, can be used with any kind of electric power generator, this type Alstom Haliade 150 o General Electric GE4.1-113 que of set-up is normally associated with permanent magnet direct funcionan con un generador síncrono de imanes permanentes drive synchronous generators. con acoplamiento directo o modelos como la turbina REPower With the elimination of the gearbox, the generator has a 6.0 MW con generador de inducción doblemente alimentado y large number of magnetic poles, calling for a nacelle with a multiplicadora de 3 etapas. bigger diameter. That, along with the need for large numbers Aunque si bien es cierto que no existe un consenso en relación of permanent magnets, typically made from rare and hence a una configuración en particular, lo que sí parece claro es que expensive materials, raises the cost of the facility. Furthermore, la tendencia actual se mueve hacia el desarrollo de sistemas the extreme temperature sensitivity of the magnets necessi- basados en generadores síncronos de imanes permanentes, tates the installation of cooling systems in the rotor. The trade-

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bien con multiplicadora o sin ella, con grandes convertidores off is that the absence of gears in direct drive systems implies de frecuencia. Estos sistemas, a pesar de suponer un mayor virtually 100 % availability, whereas geared set-ups exhibit 1 to coste y un tamaño mayor respecto a sus homólogos Tipo III, 5 % availability losses that lower wind farm output and raise parecen aportar las mejores condiciones para los grandes aero- operating and maintenance costs. Moreover, the higher cost of generadores usados en ambientes offshore, donde la disponi- the more robust structural design required to accommodate a bilidad de las turbinas y la reducción de los costes de operación larger diameter rotor could be offset by design simplification, y mantenimiento adquieren una especial importancia. for in this set-up the rotor axis can be built directly into the El uso o no de sistemas de engranajes, o el número de etapas wind turbine hub. de éstos depende de apuestas individuales de cada fabricante y It is difficult to predict which system of generation will prevail de las características particulares de cada emplazamiento. in the wind turbines installed in the coming years or even 2.3 Principales equipos y sistemas eléctricos del whether new types will arise based on set-ups that today exist aerogenerador only in university laboratories and technology firms’ R&D Hemos hablado hasta ahora del corazón eléctrico del aeroge- departments. nerador: el generador. Sin embargo, el funcionamiento de la The drive trains in the latest models of wind turbines manu- turbina requiere una gran cantidad de sistemas auxiliares que factured by technology majors vary widely, with models such se encargan de tareas de gran importancia y sin los cuales sería as the Vestas V164-7.0 based on a permanent magnet synchro- imposible generar energía. Estos sistemas cubren diversas nous generator and a medium-speed gearbox, the Siemens funciones y requieren en muchos casos alimentación eléc- SWT 154-6.0, the Alstom Haliade 150 and the General Electric trica para su funcionamiento, realizada a través de un trans- GE4.1-113, fitted with direct connection permanent magnet formador de servicios auxiliares ubicado dentro o cerca de la synchronous generators, and models such as the REPower torre. Aunque se podría escribir un libro de cada uno de éstos, 6.0-MW turbine, featuring a doubly-fed induction generator se resumen a continuación los principales de forma breve: and a three gear system. –– Anemómetro y veleta Whilst no consensus has yet been reached on a given –– Sistema de protección ante descargas atmosféricas configuration, the present trend is clearly toward systems based –– Sistema de control electrónico on geared or direct drive permanent magnet synchronous –– Mecanismo de orientación de la góndola generators and large frequency converters. Such systems, –– Transformadores eléctricos despite their higher cost and larger size compared to their –– Celdas de media tensión Type III counterparts, would appear to deliver the best –– Armario de tierra conditions for large offshore wind turbines, where shipping –– Otros sistemas auxiliares. large components is not overly complex and turbine availability El lector puede encontrar más información de los distintos and lower operating and maintenance costs are of cardinal componentes del aerogenerador en el apartado 10.1 del libro. importance. No obstante, puesto que este capítulo trata precisamente de la The use or otherwise of gears or the number of gears in such ingeniería eléctrica de los parques eólicos, resulta imprescin- systems depends on manufacturer discretion and specific site dible presentar dos equipos que, junto con el generador eléc- characteristics. trico, constituyen el corazón eléctrico del aerogenerador.

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En primer lugar, encontramos los transformadores eléctricos. 2.3 Main components and electrical systems in wind Habitualmente, el generador entrega energía eléctrica en baja turbines tensión, por lo que es necesario elevarla a la tensión nominal Up to here, this chapter has focused on the electrical core de la red colectora interior en media tensión (12, 20 o 34,5 kV, of wind turbines: the generator. Nonetheless, these facilities según proceda). Para ello se utiliza un transformador elevador require many ancillary systems that serve other key purposes que puede ir montado en el interior de la misma torre o bien en on which power generation depends. These systems are often un centro de transformación ubicado en el exterior. Este trans- driven by electricity, which is supplied from an ancillary service formador debe tener una potencia tal que permita evacuar toda transformer positioned inside or near the tower. Whole books la energía generada por el aerogenerador. Alternativamente, could be written about each of these constituent parts, listed para la alimentación eléctrica del resto de sistemas eléctricos or described very briefly below: del aerogenerador, se dispondrá de un transformador de servi- –– anemometer and wind vein cios auxiliares con salida a 400V/230 V. Este equipo alimentará –– lightning and surge protection sistemas tales como la refrigeración, el alumbrado, los sensores o el balizamiento exterior, entre muchos otros. –– electronic control system –– nacelle yaw control mechanism En segundo, las celdas de media tensión son las encargadas –– electrical transformers de proteger las líneas de llegada y salida al aerogenerador, así –– medium voltage switchgear como el transformador elevador del mismo. Se trata de una serie de aparamenta eléctrica (interruptores, embarrados, etc.) –– ground controller incorporada en unos armarios metálicos sellados, rellenos de –– other ancillary systems. un gas aislante (habitualmente hexafluoruro de azufre, SF6) o The reader will find further information on wind turbine al vacío, y que incorporan relés de protección contra corrientes, components in sub-chapter 10.1 of this book. Nonetheless, tensiones y otros fallos que actúan cuando se produce la falta. since the subject of this chapter is electrical engineering in La posición del aerogenerador dentro del circuito determinará wind farms, two facilities which, together with the electric el número y tipo celdas de media tensión, pudiendo ser confi- generator, constitute the core of the turbine must be at least guración de final de línea, posición intermedia y de confluencia. briefly introduced. The first comprises the electrical transformers. Generators 3. Recolectando la Energía Generada. Redes Interiores de un Parque Eólico normally deliver low voltage power that has to be subsequently stepped up to the rated (medium) voltage used in the internal 3.1 Red colectora en media tensión y sistema de puesta a tierra collector grid (12, 20 or 34.5 kV, as appropriate). The step-up La energía generada por los distintos aerogeneradores de un transformer that serves that purpose may be mounted inside parque eólico debe ser recogida para inyectarla en la red eléc- the tower or externally in the transformer substation. Such trica. No obstante, las distintas posiciones se encuentran dise- transformers must have sufficient capacity to accommodate minadas a lo largo del emplazamiento y es necesario disponer de the wind turbine’s entire output. Some facilities may, however, una infraestructura eléctrica que permita conectar todos y cada also be fitted with a 400- or 230-kV ancillary service trans- uno de los aerogeneradores, recogiendo su energía de forma former to power the rest of its electrical systems, including eficiente y transportándola a la subestación eléctrica del parque cooling, indoor and outdoor lighting and many others.

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con las menores pérdidas posibles. Esa red recibe el nombre de The second type of facility consists in medium voltage sistema colector del parque. switchgear, which protects the wind turbine’s incoming and El sistema colector de un parque eólico se realiza habitual- outgoing lines as well as its step-up transformer. This electrical mente en media tensión. Pero, ¿por qué? Hemos comentado gear (switches, bus bars and so on) is housed inside sealed gas- en apartados previos que los conductores eléctricos presentan (normally sulfur hexaflouride, SF6) insulated or vacuum steel una cierta resistencia al paso de la corriente. Esta resistencia cabinets that contain protectors for current, voltage and other provoca un calentamiento de los conductores y, en conse- outage-related failures. The number and type of switchgears are cuencia, unas pérdidas eléctricas en forma de calor que reciben determined by the position of the wind turbine in the circuit: at el nombre de pérdidas por Efecto Joule. Existen otras pérdidas the end of the line, in an intermediate position or at a junction. pero de magnitud mucho menor, por lo que no las tendremos en cuenta en esta explicación. 3. Collecting the Power Generated. Wind Farm Las pérdidas Joule en un conductor son proporcionales al Facilities cuadrado de la corriente que lo atraviesa. Es decir, si la inten- 3.1 Medium voltage power grid and earthing system sidad que pasa por un cable es el doble de la original, las pérdidas se multiplican por cuatro. Parece claro que la solución The power generated by the wind turbines in a wind farm has para minimizar las pérdidas en el transporte de energía eléctrica to be collected for evacuation to the electric power grid. Since es disminuir la corriente que circula por el cable. Sin embargo, the turbines are scattered across the site, electrical infrastruc- ¿cómo hacemos esto si la potencia del aerogenerador es la que tures are needed to connect each to the farm’s substation in a es? El voltaje de un circuito eléctrico es inversamente propor- manner that ensures efficient power collection and transmis- cional a la corriente que circula por él. Es decir, a mayor voltaje, sion with the lowest possible losses. This grid is known as the menor corriente para una misma cantidad de potencia. Elevar wind farm’s collector system. la tensión resulta sencillo gracias a los transformadores eléc- Such systems generally run on medium voltage. The reason for tricos, por lo que a simple vista parece que el problema está that has to do with the aforementioned conductor resistance to resuelto. Desgraciadamente, a medida que aumenta la tensión, the flow of current. Such resistance raises conductor tempera- mayores deben ser los aislamientos de los equipos eléctricos y, ture and consequently induces electrical loss in the form of heat en consecuencia, mayor es el coste de éstos. La media tensión known as Joule losses. While other losses are also present, as ofrece la mejor solución técnico-económica para realizar la they are much smaller, they are not described in this explanation. recolección de energía ya que mantiene un equilibrio entre el Joule losses in a conductor are proportional to the square of coste de los equipos a utilizar y la cantidad de pérdidas produ- the current circulating through it. In other words, doubling the cidas en el transporte de energía. current in a cable quadruples its losses. It stands to reason, Las redes de media tensión se encuentran en el interior de los then, that the way to minimise electric power transmission parques eólicos y por tanto suelen considerarse como redes losses is by decreasing the current flowing through the power privadas a nivel de normativa eléctrica. Esto quiere decir que cable. But how can that be done if wind turbine output is what en general puede usarse el voltaje que se desee para los circuitos it is? The voltage in an electric circuit is inversely proportional interiores en media tensión (típicamente 12, 20, 33 o 34,5 kV). to the current circulating through it: i.e., the higher the voltage, No obstante, como regla general es recomendable utilizar las the lower the current for a given amount of power. Since tensiones normalizadas del país donde se ubica el parque eólico voltage can be readily stepped up with electric transformers,

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para que puedan utilizarse equipos y componentes normali- the solution, at first blush, would appear to lie there. Unfor- zados del país, que resultarán más baratos, dispondrán de todas tunately, as the voltage rises, the electrical equipment calls las certificaciones necesarias y permitirán una compra ágil de for greater insulation, raising costs. Medium voltage collector repuestos. Como hemos comentado, a mayor tensión menores grids provide the best technical and economic balance between serán las pérdidas, pero mayor será el coste de los compo- the cost of the equipment needed and the losses induced in nentes (por ejemplo, los 34,5 kV empleados habitualmente en internal power transmission. México obligan a utilizar conductores tipo 35 kV y celdas de As such medium voltage grids are sited inside wind farms, 38 kV, mientras que con los 23 kV utilizados habitualmente they are regarded as private grids in the applicable legislation. en Chile es posible utilizar conductores tipo 25 kV y celdas de That means that the medium voltage used in internal circuits 24 kV, con un coste menor). (typically 12, 20, 33 or 34.5-kV) is usually discretional. Los distintos aerogeneradores del parque eólico se agruparán Nonetheless, as a general rule the standard voltages in place in en circuitos eléctricos conectados por cables de media tensión the country where the wind farm is located are recommended, a través de las celdas de interconexión de los aerogeneradores. for they ensure compatibility with standardised facilities and Los conductores de media tensión de un parque eólico, como components which are less expensive, duly certified and readily cualquier conductor eléctrico, se diseñan teniendo en cuenta replaceable. As noted, the higher the voltage the smaller the los siguientes criterios: losses but the higher the cost of the components (Mexico’s –– Intensidad admisible del conductor: los cables de media tensión 34.5-kV standard, for instance, calls for 35-kV conductors and pueden transportar una determinada corriente eléctrica en 38-kV switchgear, whereas with the 23-kV standard in Chile Amperios. A medida que el cable se calienta, la corriente lower cost 25-kV conductors and 24-kV switchgear suffice). admisible disminuye y por tanto menor es la potencia que pueden transportar. La temperatura del conductor depende A wind farm’s wind turbines are grouped into electric circuits principalmente de la resistividad térmica del terreno, del connected by medium voltage power cables across the número de conductores enterrados en una misma zanja, turbines’ inter-connecting switchgear. Like any other electrical de la distancia entre distintos conductores y de la tempera- conductor, the medium voltage conductors in a wind farm are tura ambiente del terreno. A mayor sección del conductor, designed to the following criteria. mayor es la intensidad admisible del mismo. –– Allowable current in the conductor: medium voltage cables –– Caída de tensión: sabemos de apartados previos que cuando can transmit a certain amount of electric current, measured por un conductor circula una corriente, se produce una in amperes. As the cable heats up, the allowable current caída de tensión entre origen y destino equivalente a la declines and reduces the transmissible power. Conductor pérdida de presión en el equivalente hidráulico. Para garan- temperature depends primarily on the thermal resistivity tizar que la energía llega con unos márgenes de tensión of the soil, the number of conductors laid in the same adecuados para el correcto funcionamiento de los equipos, ditch, the distance between conductors and the ambient esta caída de tensión tendrá que mantenerse dentro de soil temperature. The larger the conductor section, the unos ciertos niveles. La caída de tensión depende de greater is its allowable current. la distancia del conductor y de la sección del mismo. A mayor sección del cable, menor es su resistencia eléctrica –– Voltage drops: as noted above, when current flows through y, por tanto, menor es su caída de tensión para una misma a conductor, the voltage drops between the beginning and longitud. Como valor general, se suelen tomar caídas de end of the circuit, a development analogous to head loss

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tensión máximas por circuito del orden de 1.5% de la in hydralulic systems. To ensure that power is delivered tensión nominal del sistema. at a voltage suited to equipment needs, that voltage drop –– Caída de potencia: por efecto de las pérdidas Joule en el has to be kept within certain bounds. Its value depends on conductor, según lo explicado anteriormente. A mayor conductor length and cross-section. Cables with a larger sección del cable, menor es su resistencia eléctrica y, por cross-section have a smaller electrical resistance and hence tanto, menor es la caída de potencia para una misma a lower voltage drop for a given length. The general rule of longitud. Como valor general, se suelen tomar caídas de thumb is for the maximum voltage drop to be on the order potencia máximas del orden del 2% de la potencia nominal of 1.5 % of the farm’s nominal voltage. del circuito. –– Power drop: such drops are due to the Joule losses in –– Intensidad de cortocircuito: el conductor de media tensión conductors, as explained earlier. Cables with a larger cross- debe soportar sin dañarse las elevadas temperaturas que se section have a smaller electrical resistance and hence lower producen en caso de cortocircuito. power loss for a given length. As a rule, the maximum El precio de los cables de media tensión aumenta a medida que power drop value is on the order of 2 % of the circuit’s se incrementa la sección y la tensión nominal, así como lógica- capacity. mente también a mayor cantidad. El diseño de la red colectora –– Short-circuit overcurrent: medium voltage conductors debe ser tal que minimice las longitudes de conductor necesa- must remain intact when exposed to the high temperatures rias a la vez que optimiza las secciones utilizadas de acuerdo a induced by short circuiting. los criterios de diseño mencionados anteriormente. The price of medium voltage cables rises with the cross-section La posición de un aerogenerador dentro de un circuito eléc- and rated voltage, as well, naturally, as with length. Collector trico permite diferenciar tres tipos de configuraciones de aerogenerador (fig. 10): –– Final de línea: ubicado al final de un circuito, dispondrá de Celda de Celda de Celda de confluencia final de línea Celda intermedia final de línea una celda de protección de transformador y una celda de Switchgear for two Switchgear for Switchgear for Switchgear for remonte. upstream turbines end of circuit intermediate position end of circuit –– Posición intermedia: ubicado entre un aerogenerador previo y un aerogenerador posterior, dispondrá de una celda de protección de transformador, una celda de línea con interruptor automático y una celda de remonte. –– Confluencia: con llegada desde dos aerogeneradores distintos, dispondrá de una celda de protección de transformador, dos celdas de línea con interruptor automático y una celda de remonte. Las celdas de media tensión incorporarán todas las protecciones necesarias de acuerdo a la normativa de cada país. En la gran mayoría de parques eólicos, la red interior en media Fig. 10. Esquema unifilar de un circuito colector en media tensión tensión es subterránea. A pesar de tener un coste ligeramente Fig. 10. Line drawing of a medium voltage collector circuit

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superior, esta solución minimiza el impacto ambiental y grid design should minimise the conductor lengths needed protege mejor los circuitos del parque que su homóloga aérea. while optimising the cross-sections used in keeping with the Los distintos cables de media tensión se ubicarán en el interior aforementioned design criteria. de zanjas excavadas en el terreno a lo largo del trazado de los Three turbine configurations can be defined on the grounds of viales. Las dimensiones, elementos y configuraciones de zanja their position on an electric circuit (Fig. 10). pueden variar en cada proyecto. –– Turbines located at the end of the circuit are fitted with Los cables de media tensión suelen enterrarse directamente transformer protection and an outgoing riser. en la zanja sobre un lecho de arena de río que le aporta exce- –– Turbines located in intermediate positions, i.e., between an lentes propiedades para evacuación del calor. Junto a ella, se upstream and a downstream turbine, are fitted with trans- ubicará la fibra óptica para las telecomunicaciones (entubada o former protection, an incoming line with a circuit breaker sin entubar) y en el fondo de la zanja, el conductor de puesta and an outgoing riser. a tierra. Los cables se cubrirán con una nueva capa de arena –– Wind turbines connected to two upstream turbines are sobre la que se colocarán una serie de protecciones mecánicas fitted with transformer protection, two incoming lines (plásticas, cerámicas o de otro tipo) y, sobre ellas, una cinta de with circuit breakers and an outgoing riser. plástico para señalizar la existencia de conductores eléctricos. Medium voltage switchgears must be fitted with all the Estos elementos protegerán los cables de posibles agresiones. protection devices called for by national legislation. El resto de la zanja se rellena con material de la misma excava- In the vast majority of wind farms, the internal medium voltage ción, colocando una serie de hitos de señalización (de madera, grid runs underground. Although its cost is slightly higher, this hormigón o plástico según el proyecto) a lo largo del trazado arrangement minimises environmental impact and protects aproximadamente cada 50 m o 100 m (fig. 11, arriba). En circuits better than overhead solutions. Medium voltage cables algunos tramos, es necesario que los cables eléctricos crucen are laid in roadside ditches dug in the soil. Ditch dimensions, por debajo de los viales del parque. En estos casos, se utiliza elements and configurations vary from one farm to another. una sección reforzada en hormigón en la que se han embebido una serie de tubos para el paso de cables de media tensión, Medium voltage cables are normally laid directly in the fibra óptica y puesta a tierra. En este caso, no es necesaria la ditch over a bed of river sand, which affords excellent heat protección mecánica ya que el hormigón actúa como tal, pero evacuation. The (sheathed or unsheathed) optical fibre for tele- se incluye habitualmente la cinta de señalización en la capa de communications is positioned next to them and the earthing material de excavación (fig. 11, abajo). conductor is laid at the bottom. The cables are buried under another layer of sand over which plastic, clay-based or other El sistema de puesta a tierra de un parque eólico tiene como mechanical protection is placed and which in turn is covered objetivo disipar las corrientes de falla provocadas en caso de with a plastic band to signal the existence of cabling. These cortocircuito o como consecuencia de la caída de un rayo, elements protect the cables from possible aggressive agents. protegiendo a los equipos y a las personas. La justificación física The rest of the ditch is filled with the excavated materials and de este sistema es sencilla. La corriente eléctrica siempre busca posted with wood, concrete or plastic markers (depending on el camino más fácil a tierra, es decir, aquel camino que propor- the project) at 50- or 100-m intervals (Fig. 11, above). Some ciona una menor resistencia eléctrica al paso de la corriente. En stretches of cable may have to cross underneath the roadways. consecuencia, la instalación de puesta a tierra busca propor- In such cases, the ditch is reinforced with concrete containing

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cionar un camino de muy baja resistencia hacia tierra, para que embedded pipes that house the medium voltage cables, optical la corriente de falla o el rayo pase por éste y no a través de los fibre and earth. Although no mechanical protection is required, equipos o personas. El sistema de puesta a tierra está formado inasmuch as the concrete serves that purpose, the excavation por la red de puesta a tierra del parque y las puestas a tierra material layer bears a warning band denoting the presence of individuales de cada aerogenerador. electrical cables (Fig. 11, below). La red de puesta a tierra del parque conecta los distintos aerogeneradores por medio de un conductor desnudo ubicado en las mismas zanjas de media tensión. El cable de puesta a tierra 1 conecta los distintos aerogeneradores por medio de la barra de tierras principal, ubicada en la base de la torre y a la que 1. Hito de señalización también se conecta la torre metálica (o en caso de torres de Line marker hormigón, la puesta a tierra de ésta), el sistema de puesta a 2. Relleno con tierra de 2 tierra del aerogenerador y los conductores de protección de los excavación libre de arcillas 3 equipos eléctricos del aerogenerador. Clay-free excavation materials 3. Cinta de señalización La puesta a tierra de cada aerogenerador consta de una serie de Voltage warning band 4 electrodos de cobre enterrados alrededor de la cimentación y 4. Protección mecánica 5 que conectan la armadura de ésta. Habitualmente, está formada Mechanical protection 6 5. Arena 7 por un anillo equipotencial ubicado en la base de la torre y un Sand 8 anillo perimetral alrededor de la cimentación, ambos realizados 6. Cable de tierras en cable de cobre desnudo. Cuando el terreno es malo (tiene Earthing wire 7. Cables de MT 2 una alta resistividad eléctrica), es necesario instalar electrodos MV cables adicionales como picas de cobre o nuevos anillos para conse- 8. Fibra óptica 3 guir el menor nivel de resistencia a tierra (cuyo máximo está Optical bre fijado en 10 Ω). 9. Hormigón HM-15 9 PC-15 concrete 10 El diseño de la puesta a tierra del aerogenerador deberá 10. Tubo PAD 7 aguantar sin sufrir daños los niveles de cortocircuito esperados HDPE pipe 6 en el parque, así como asegurar unas tensiones de paso y de contacto 10 8 reducidas para evitar daños personales.

3.2 Sistema de comunicaciones El sistema de comunicaciones de un parque eólico se encarga de recoger la información de los distintos aerogeneradores y torres meteorológicas permanentes del parque, para llevarla a los equipos de comunicaciones y al software de control Fig. 11. Secciones tipo y detalle de instalación de zanjas de media tensión (1 SCADA ubicados en la subestación o en el edificio de control circuito) del parque eólico. Fig. 11. Cross-sections and detail of medium voltage ditch (1 circuit)

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Aunque existen diversas configuraciones (sistemas cableados, Wind farm earthing systems are designed to dissipate the fault sistemas Wireless, etc.) la tipología más extendida es un sistema currents induced during short-circuiting or by lightning strikes, cableado basado en una red de área local (LAN) con comu- to protect people and equipment. The physical description of nicación tipo Ethernet a través de cables de fibra óptica. this system is straightforward. Electric current always travels to Cada uno de estos cables (a veces denominadas mangueras) earth along the easiest pathway, i.e., the pathway with the lowest contiene en su interior un conjunto de fibras ópticas que varía resistance to current flow. Consequently, the earthing facility en número (4-8-12-16 fibras) y características en función del seeks to provide a very low resistance pathway to earth so the modelo escogido. La fibra óptica utilizada puede ser del tipo fault current or lightning takes that route instead of through multimodo (utilizada en distancias cortas de hasta 2 km apro- people or machines. The earthing system comprises the farm’s ximadamente) o bien mononomodo (utilizada en distancias earthing grid and the earthing installed in each wind turbine. mayores, con mejores prestaciones ópticas). Actualmente no The wind farm’s earthing grid inter-connects the wind turbines existe una diferenciación notable en el precio entre ambos by means of a bare copper wire laid in the medium voltage tipos de fibras, por lo que su elección responde a veces a espe- ditches. The earthing wire is connected to the earthing bars cificaciones del tecnólogo del aerogenerador y a particulari- positioned at the base of each tower, to which the steel tower dades de cada proyecto. itself (or in concrete towers, their earthing cable), the wind La conexión de las distintas fibras ópticas en el parque puede turbine earthing system and the electric machine grounding realizarse de formas diversas en función de las particularidades wire relays are also connected. de cada proyecto. Sin embargo, existen dos topologías de Each wind turbine is skirted by a series of underground copper comunicación principales: electrodes connected to the foundation rebar. This earthing –– Topología en anillo colapsado: la conexión entre los distintos normally consists in an equipotential ring located at the base aerogeneradores se realizar en forma de anillo, con un of the tower and a perimetric ring around the foundations, camino de ida y un camino de vuelta pero ambos dentro de both made of bare copper wire. When the soil has high elec- una misma manguera. Esta topología es sencilla y robusta, trical resistivity, additional electrodes must be installed, such pero es susceptible a daños en el cable ya que un corte as copper stakes or extra rings to attain the lowest possible del mismo incomunica el circuito a partir de este punto. earthing resistance (whose maximum allowable value is 10 Ω). Esta configuración se utiliza de forma habitual en parques The wind turbine’s earthing system must remain intact during eólicos donde es poco probable que se produzca un corte the highest short-circuit levels anticipated in the farm, and accidental de la manguera ubicada en el interior de las ensure low transient and contact voltage to prevent personal zanjas de media tensión. injury. –– Topología en anillo redundante: basada en la misma idea anterior conecta los distintos aerogeneradores en anillo, 3.2 Communications system pero en este caso el camino de ida y el camino de vuelta Wind farm communication systems compile the information se producen en dos mangueras distintas por caminos from the wind turbines and permanent meteorological (or distintos. Es el sistema más fiable y evita que el aerogene- met) masts and convey it to the communications facilities and rador quede incomunicado. Sin embargo, la utilización de the SCADA control software located in the substation or the un sistema redundante supone doblar la cantidad de cable farm’s control building.

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de fibra óptica, con el consecuente impacto económico, Although a variety of (wired and wireless) configurations are por lo que se reduce a ubicaciones donde el riesgo de sufrir in use, the most widespread typology consists in a wired local daños es elevado. area network (LAN) with Ethernet-like communication across fibre-optic sheaths. The features of these bundles of 4, 8, 12 El cable de fibra óptica se instala en la misma zanja de media or 16 optical fibres depend on the model. Either multi-mode tensión, al lado de los conductores de potencia del parque. Se (used over short distances of up to approximately 2 km) or puede tender directamente enterrado o introducido en un tubo single-mode (for longer distances, with better optical perform- plástico (habitualmente, polietileno de alta densidad, PEAD), ance) optical fibre may be used. In the absence of any material en cuyo caso es habitual incorporar una serie de registros a lo difference in cost between the two types of fibres, the choice largo del trazado para facilitar el tendido. of one or the other is contingent upon the technological speci- El modo de instalación depende, de nuevo, de las particula- fications of the wind turbine and project particulars. ridades de cada proyecto y de las especificaciones del tecnó- The various optical fibres in the farm may be inter-connected logo en cuestión, aunque la instalación directamente enterrada in a number of ways depending on project requirements. The en zanja requiere que la manguera disponga de características two topologies most commonly deployed are described below. especiales para protegerlo mecánicamente de, por ejemplo, roedores, químicamente de las sustancias presentes en el –– In collapsed ring configurations wind turbine inter- terreno y evitar que la humedad penetre en el interior de las connections form a two-way ring in which the fibre pairs fibras, entre otros. Las longitudes existentes en los parques share the same sheath. This simple and robust topology eólicos hacen necesario algunas veces realizar empalmes is nonetheless vulnerable to damage to the sheath, for if ópticos entre distintos tramos de fibra óptica, por lo que tras la broken it would cut off circuit communication from the instalación se llevan habitualmente a cabo pruebas ópticas para point of interruption. It is generally used in wind farms asegurar que no se produce una atenuación elevada de la señal. where accidental sheath breakage is unlikely, due to their location in medium voltage ditches. Las distintas mangueras de fibra óptica se introducen en el interior de la torre a través de una serie de tubos embebidos en la cimentación, y se conectan a un patch panel o caja de conexiones conectada al switch de comunicaciones del aerogenerador (fig. 12). Los distintos circuitos de fibra óptica son recogidos en el rack de comunicaciones ubicado en la sala de control del parque, Subestación que monitorizará los parámetros principales de cada aerogene- Switch Switch transformadora rador mediante la plataforma SCADA. Step-up substation 3.3 Subestación elevadora y evacuación de potencia a la red La subestación elevadora de un parque eólico (indicada habitualmente como SET o S/E) es la encargada de recoger la energía transportada por los distintos circuitos de media tensión, para Fig. 12 Ejemplo de conexión de fibras en un circuito eólico elevar a posteriori la tensión y evacuar la energía mediante Fig. 12. Example of fibre connections in a wind farm circuit

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una línea de transmisión (indicada habitualmente como LT o –– Redundant ring topologies are based on the same basic LAT) hasta el punto de conexión del parque con las menores idea, inter-connecting wind turbines in a ring, although pérdidas eléctricas posibles. Una subestación típica para parque here each member of the pair is in a separate sheath. This eólico está formada por el centro colector de media tensión, las is a more reliable system because it affords wind turbine salas eléctricas y el patio de alta tensión. inter-communication across two pathways, preventing En el centro colector de media tensión se ubican las celdas outages. Nonetheless, as redundant systems entail doubling primarias de la subestación. Estas celdas son similares a las celdas the amount of optical fibre needed, with the concomitant de interconexión entre aerogeneradores comentadas anterior- impact on costs, they are confined to sites where the risk mente, pero presentan mejores prestaciones eléctricas debido a of damage is high. que soportan toda la generación del parque eólico. Estas celdas Fibre-optic sheaths are laid in medium voltage ditches along- aguantan una mayor corriente en sus embarrados, soportan side the farm’s power conductors. They may be laid directly or mayores corrientes de cortocircuito y tienen interruptores con in a plastic pipe (normally high density polyethylene, HDPE), una mayor capacidad de ruptura que sus homónimas de inter- in which case hand-holes are normally installed at regular inter- conexión, por lo que su coste es también más elevado. En la vals to facilitate laying operations. subestación colectora encontraremos distintos tipos de celda, The installation specifications vary, here also, with each project, con funciones y características diferentes: celdas con función although where the sheaths are laid directly in the ditch they de línea (reciben una línea de media tensión proveniente de uno must meet certain mechanical requirements to ensure they are de los circuitos del parque a la vez que la protegen), celdas de rodent-and moisture-proof, for instance, and able to resist protección y medida (que contienen todos los elementos nece- chemicals present in the soil. As the distances involved in wind sarios para realizar las medida de energía del parque eólico), farms sometimes call for optical splicing between stretches of celdas de protección del transformador para servicios auxiliares fibre, tests are normally conducted once the fibre is laid to (SS.AA.) y celdas de protección para transformador de potencia. guarantee the absence of signal attenuation. El criterio de diseño de las subestaciones elevadoras es habitualmente del tipo n+1, por lo que estas instalaciones incluyen Fibre-optic sheaths are run into the inside of the tower through habitualmente 2 transformadores de potencia para evitar que un a series of pipes embedded in the foundations and connected fallo en este equipo impida evacuar energía a la red. to a patch panel, in turn connected to the turbine’s communication switchboard (Fig. 12). Las salas eléctricas de la subestación elevadora contienen todos los equipos eléctricos necesarios para el correcto funciona- The fibre optic circuits terminate in the communications miento de la subestación. Estas salas suelen estar integradas rack located in the farm’s control room, from which each junto con las celdas colectoras explicadas anteriormente en un wind turbine’s main parameters are monitored with SCADA mismo edificio, que en función de cada proyecto puede estar software. dentro del edificio de control o bien ser un edificio independiente del mismo. Entre los distintos sistemas ubicados en 3.3 Step-up substation and power evacuation to the grid estas dependencias, destacan los transformadores de servicios The step-up substation in a wind farm collects the power trans- auxiliares, el grupo diésel de emergencia, los cuadros de baja mitted across the medium voltage circuits, boosts the voltage tensión, los sistemas de baterías o los racks de comunicaciones, and subsequently feeds the power into the grid via a transmis-

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entre otros. Así mismo, requerimientos particulares como sion line (normally abbreviated TL) at the farm’s connection dependencias para aseo y cocina del personal, almacenes u point, with the lowest possible loss. A typical wind farm subs- otras salas pueden ser incorporados a este edificio, que deberá tation consists of a medium voltage collector station, electrical contar con las instalaciones necesarias en materia de ilumina- bays and a high voltage switchyard. ción, ventilación y refrigeración, protección contra incendios, The medium voltage collector station houses the substation’s seguridad y videovigilancia o suministro de agua potable y primary switchgear. This gear is similar to the wind turbine colección de aguas residuales, entre otros. inter-connection gear described earlier, but is more generously Finalmente, el patio de alta tensión es un recinto vallado que dimensioned because it handles all the power generated by the encontramos cerca del parque eólico y que contiene todos los wind farm. This switchgear protects against higher current equipos eléctricos de alta tensión necesarios para la protección overloads at the bus bars and greater short-circuit overcurrent y evacuación de energía eléctrica a la red, incluyendo interrup- and is fitted with circuit breakers with greater breaking capacity tores, seccionadores, pararrayos, estructuras metálicas altas y than its inter-connection counterparts. It is also more costly. bajas para soporte de conductores eléctricos y, sobretodo, los The collector station houses switchgear with different specifi- transformadores de potencia encargados de elevar la tensión. cations that serve different purposes: line functions (receiving Es seguramente la parte más crítica de la subestación elevadora, and protecting one medium voltage line from one of the farm’s ya que los equipos están sometidos a elevadas tensiones y es medium voltage circuits), protection and metering (fitted necesario tomar las medidas de protección adecuadas cuando with all the elements necessary to measure the farm’s power se trabaja con ellos. La ubicación, tamaño y número de equipos output), ancillary service and power transformer protection. In de alta tensión del patio dependerá de la configuración de la standard practice, step-up substations are designed to the n+1 subestación que se haya escogido (barra simple, doble barra con criterion, i.e., they are fitted with two power transformers to barra de transferencia, etc.) y de la tensión nominal de evacua- ensure that an outage in these facilities would not prevent the ción (mayores tensiones requerirán mayores equipos y mayores farm from evacuating power to the grid. distancias de seguridad, incrementando el coste de la subesta- The electrical bays in a step-up substation are fitted with all ción). El pórtico de línea es el último elemento de la subestación the electrical components needed for satisfactory substation antes de la línea de transmisión. Esta estructura metálica recoge operation. These bays are generally housed in the same building los tres conductores eléctricos que transportan la energía en alta as the collector switchgear which, depending on the project, tensión y los conecta con la primera torre de la LT. may be a separate structure or built into the control building. Existen numerosos tipos y configuraciones de subestaciones elevadoras, por lo que la elección dependerá en cada caso de Such premises also house the ancillary service transformers, the las características particulares de cada proyecto. emergency diesel generator set, the low voltage patch panels, the batteries and the communication racks, among others. La construcción, operación y mantenimiento de las subesta- Areas for other uses may also be provided, such as staff toilets ciones elevadoras en un parque eólico suele ser responsabilidad and kitchen, warehouses or other chambers. The building del dueño del parque. No obstante, a pesar de tratarse de insta- must also be fitted with lighting, ventilation and cooling, fire laciones privadas, su explotación se encuentra habitualmente protection, security and video surveillance, potable water and supeditada a la disciplina del operador del sistema eléctrico waste water collection systems, among others. nacional. Encontramos también subestaciones de conexión

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que se encargan de efectuar la conexión del parque eólico a la Lastly, the high voltage switchyard is a fenced enclosure near the red eléctrica y que son habitualmente diseñadas de acuerdo a wind farm that houses all the high voltage electrical equipment los requisitos del operador del sistema de cada país y, llegado el needed to protect the facility and deliver electric power to the caso, operadas por éste de forma directa. grid, including switches, circuit breakers, lightning rods, high- and low-rise steel structures to carry electrical conductors and, most importantly, the step-up power transformers. This 4. Conquistando los Océanos. Particularidades is arguably the most crucial part of the step-up substation, Eléctricas de los Parques Eólicos Offshore for its equipment must withstand high voltage and all due protective measures must be adopted when working with it. En los últimos años, el adjetivo offshore se ha consolidado en el The position, size and number of facilities in the high voltage ámbito de la energía eólica, con numerosas experiencias prác- switchyard depend on the substation configuration chosen ticas que demuestran que el salto de la energía eólica al mar no (such as simple bus bar or double bus bar with a transfer bar) sólo es viable, sino que será la tendencia dominante en el futuro. and the nominal output voltage (higher voltages call for larger Países como Reino Unido, Alemania o Dinamarca cuentan ya machines and wider safety distances, raising substation costs). con inmensos parques eólicos marinos en funcionamiento en The TL portico is the final substation component upstream sus costas, que serán complementados en un futuro próximo of the transmission line. This steel structure houses the three con cientos de nuevos megavatios. Los principales tecnólogos electrical conductors that carry the high voltage power and disponen desde hace años de turbinas diseñadas específica- connects them to the first TL tower. mente para este tipo de parques, cuyo increíble desarrollo ha impulsado incluso la creación de joint ventures específicas. There are many kinds and configurations of step-up substa- La ingeniería eléctrica en los parques eólicos marinos, como el tions; the choice of one or another depends on specific project resto de disciplinas, enfrenta unas particularidades derivadas characteristics. del ambiente offshore que complican el diseño de forma impor- The construction, operation and maintenance of wind farm tante respecto a sus homólogos terrestres. Los procesos de step-up substations are normally incumbent upon the farm construcción de infraestructuras eléctricas para la recolección owner. Nonetheless, although they are private facilities, their de energía entre los distintos aerogeneradores son especial- operation is usually subject to the discipline imposed by the mente complicados en el mar, así como también lo es el diseño national electricity system operator. In some cases, substations de componentes que deben resistir unas condiciones ambien- connecting the wind farm to the electric power grid (generally tales ciertamente desfavorables. designed to system operator requirements) are run directly by Las elevadas distancias que existen habitualmente en este the operator. tipo de parques requieren soluciones no convencionales para salvar las pérdidas eléctricas, soluciones tales como la utiliza- ción de caras subestaciones eléctricas marinas distribuidas a lo largo del parque o la implementación de sistemas colectores en corriente continua HVDC (High Voltage Direct Current) con configuraciones y topologías que todavía no están resueltas de forma completa. Estos últimos plantean importantes cues-

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tiones en relación a cómo se protegen estas redes y como se 4. Conquering the Ocean. Particulars of Offshore realiza la gestión de la energía en corriente continua y a grandes Wind Farms tensiones (400 kV o superiores), cuestiones que son foco de numerosas líneas de investigación por parte de universidades y In recent years, a host of practical ‘offshore’ experiences in the empresas del sector y que prometen numerosos avances. realm of wind energy have shown that the seaward leap is not only feasible, but will be the prevailing trend in future. Countries El desarrollo de nuevos modelos de aerogenerador con mayores such as the United Kingdom, Germany and Denmark already potencias nominales que permitan aumentar la capacidad de have huge wind farms in place off their coasts, which will be generación y aprovechar al máximo el potencial eólico de los supplemented in the near future with hundreds of additional emplazamientos marinos es esencial, lo que supondrá a su vez megawatts of capacity. The technology majors have been un reto para las infraestructuras eléctricas encargadas de recoger making turbines specifically designed for this type of farms for la energía generada y transportarla hacia el consumo. Así mismo, years. The remarkable development of these facilities has even los nuevos diseños de torres marinas como los sistemas flotantes inspired the creation of joint ventures that engage exclusively plantean interrogantes respecto a la fatiga mecánica que deberán in this type of enterprise. soportar los cables de potencia o cómo deben ser los sistemas de protección contra la corrosión y puesta a tierra del aerogene- Like other disciplines, electrical engineering for offshore facili- rador, entre muchos otros aspectos. ties is confronted with project siting particularities that render design vastly more complex than for their onshore cousins. Además de los planteamientos técnicos, el éxito de la energía Electrical infrastructure construction to collect energy from eólica marina estará sujeto a la reducción de costes de CAPEX wind turbines is especially complex in the sea, as is the design y OPEX, con inversiones actuales que están próximas a of components that must bear up under particularly adverse triplicar el coste respecto a parques eólicos onshore y unos environmental conditions. costes de operación también muy elevados como consecuencia de las particularidades del trabajo en alta mar. Aunque la mayor The long distances that characterise such farms call for non- generación eléctrica compensa con creces estas mayores inver- conventional solutions to compensate for electrical losses, siones en los parques actuales, mejorar las tasas de rentabilidad such as the use of expensive marine electrical substations permitirá atraer nuevas inversiones de capital e incentivar del distributed across the farm or the implementation of high desarrollo de este tipo de proyectos respecto a instalaciones voltage direct current (HVDC) collector systems, for which de generación convencionales, contribuyendo de esta manera the optimal topology has yet to be determined in full detail. a reducir la huella de carbono y a frenar el avance del cambio Such systems pose substantial grid protection and high voltage climático de una forma eficaz. (400 kV or more) direct current management problems, around which the many lines of university and industry research underway have made promising advances. The development of new models of wind turbines with higher rated capacity able to raise generating output and capitalise fully on wind power in offshore sites, which is essential, will constitute a challenge for the electrical infrastructures used to collect the power generated and distribute it to users. New

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5. The Bigger Picture. Integración de la Energía designs for offshore towers and floating systems also pose Eólica en los Sistemas Eléctricos Nacionales y questions about the mechanical fatigue that power cables will Transnacionales need to withstand and the design of corrosion protection and Como cualquier central de generación de energía eléctrica, los wind turbine earthing systems, to name but a few of the issues parques eólicos se encuentran conectados a los sistemas eléc- outstanding. tricos nacionales de distribución y transporte, cada uno con sus In addition to such technical matters, the success of offshore particularidades y exigencias. El parque eólico genera la energía, wind power will depend on the reduction of CAPEX and pero son estas infraestructuras de transporte y distribución las OPEX, for today’s investment costs in such facilities nearly encargadas de llevarla hasta el consumidor. Las funciones de treble the costs for onshore farms, while the particularities of transporte y distribución de energía eléctrica pueden sonar tal working in the open sea send operating expenses spiralling vez un poco difusas para el lector, que sin embargo conoce as well. Whilst higher output comfortably offsets the greater estos sistemas más de lo que cree. investment in these farms today, improving the ROI will attract Las infraestructuras de transporte son nada más y nada menos further capital investment and fuel the development of these que las grandes líneas eléctricas de alta tensión que transportan projects over conventional generating facilities, thereby helping la energía a grandes distancias y a tensiones de miles de voltios, to reduce the carbon footprint of electricity generation and apoyadas en robustas estructuras metálicas que aguantan los effectively slacken the pace of climate change. conductores a lo largo del trazado. En España, Red Eléctrica Española (REE), como Operadora del Sistema, es la encargada de operar, construir y mantener estas líneas de transporte de 5. The Bigger Picture: Integration of Wind Energy forma que se asegure la calidad, continuidad y seguridad del in National and Transnational Electricity Systems suministro eléctrico a la población, con una gestión planificada Like all other power generation plants, wind farms are de las mismas. Esta función es ejercida en cada país por uno connected to national electricity transmission and distribu- o varios operadores diferentes, como por ejemplo la Comisión tion grids, each with its particulars and demands. Wind farms Federal de Electricidad (CFE) en México o Transelec en Chile. generate electric power, but these transmission and distribu- Las infraestructuras de distribución son las encargadas de tion infrastructures carry it to users. Although readers may distribuir energía eléctrica al consumidor y, al contrario que find the terms transmission and distribution confusing, they las infraestructuras de transporte, no suelen tener un carácter are more familiar with them than they may believe. planificado sino que responden a la evolución de la demanda en Transmission infrastructures are no more than the robust cada localización. Estas redes, con un fuerte protagonismo de la steel structures and associated overhead power lines that media tensión, son muy ramificadas y complejas, y son operadas carry electricity over long distances at voltages measured in y construidas por las compañías de distribución. Endesa en thousands of volts. In Spain, the system operator (Red Eléctrica España o CONAFE en Chile son algunas de estas compañías. Española, REE) builds, operates and maintains these transmis- Los parques eólicos se ubican habitualmente a grandes distan- sion lines, ensuring the quality, reliability and security of supply cias de los núcleos de consumo, ya que es en estos lugares donde of the country’s electric power in keeping with its management muchas veces se obtiene un mayor recurso eólico. Debido a planning. In other countries, this role is played by one or several ello, la evacuación de los parques eólicos suele realizarse en operators, such as Mexico’s Comisión Federal de Electricidad

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alta tensión, conectándose a las redes de transporte directa- or Transelec in Chile. Distribution infrastructures feed electric mente por medio de una subestación de conexión o switcheo power to users and, unlike transmission infrastructures, are o bien conectándose a una subestación eléctrica cercana. La not usually planned in advance but are built in response to elección del punto de conexión depende de las particularidades demand at any given location. Such very complex and highly de cada proyecto y, sobretodo, de la capacidad de las infraes- ramified grids, in which medium voltage prevails, are built and tructuras eléctricas existentes. Conectarse a una subestación operated by distribution companies such as Endesa in Spain or elevadora existente requiere habitualmente una ampliación del CONAFE in Chile. patio de alta tensión, con el consecuente coste económico y Wind farms are normally sited far from user centres, in places plazos de ejecución. Así mismo, es posible que la inyección de where the wind resource is generally most abundant. For that energía eléctrica en las líneas de transporte existentes exceda la reason, wind farms usually deliver high voltage power directly cantidad de energía que el cable es capaz de llevar, por lo que to the transmission grid through a connection or switching puede ser necesario reforzar tramos de línea con un conductor substation, or into a nearby power substation. The choice of the mayor e, incluso, construir nuevos tramos. connection point depends on project particulars and especially Aunque es posible predecir con relativo acierto el comporta- on the capacity of the existing electrical infrastructures. miento del viento en un parque eólico, el gran inconveniente Connection to a step-up substation generally calls for expanding de la energía eólica es posiblemente su intermitencia. Es fácil the high voltage switchyard, with concomitantly higher costs entender que la generación eléctrica está condicionada al and longer construction times. Moreover, the electric power comportamiento del recurso eólico, que muchas veces no tiene produced may exceed the capacity of the existing transmission por qué ir en concordancia con la demanda existente en un lines, which may have to be reinforced with a larger conductor momento determinado. En climas mediterráneos, por ejemplo, or even whole new stretches of cable. la generación eléctrica en los parques eólicos es baja durante el Although wind behaviour in a wind farm can be predicted verano debido que el viento es habitualmente menor que en fairly reliably, the main drawback to wind energy may be its el resto de estaciones, mientras que es precisamente en verano intermittent nature. Power output can be readily understood to cuando se producen las puntas de demanda en grandes ciudades depend on the available wind resource, which need not concur como consecuencia del uso de sistemas de refrigeración. with the power demand at any given time. In Mediterranean Este carácter intermitente de la energía eólica se suma a uno de climates, for instance, electric power generation is low in wind los grandes inconvenientes de la energía eléctrica, que no puede farms in the summertime when the wind abates, whereas that ser almacenada a gran escala y obliga a la generación a adap- season is characterised by demand peaks in large cities due to tarse a la demanda prevista. Actualmente existen mecanismos the use of air conditioning systems. para gestionar este tipo de situaciones, si bien la solución dista Wind energy intermittency adds to the complexities involved de ser perfecta. Los excedentes de energía se pueden apro- in electric power in general which, as it cannot be stored vechar para, por ejemplo, bombear agua que podrá ser utili- on a large scale, must be adapted to the forecast demand. zada por las centrales hidroeléctricas cuando no se disponga Mechanisms are in place today to handle such situations, de suficiente generación, o bien para realizar exportaciones a although the solutions are far from perfect. Power surpluses otros países siempre y cuando exista una buena interconexión can be used, for instance, to pump water for later use in con ellos. España, por ejemplo, exporta energía a Francia en hydroelectric plants when output slackens or for export

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momentos de excedente de generación, e importa energía de to other countries, providing good inter-connections are ésta cuando necesita un aporte extra, si bien cabe también available. Spain, for example, exports power to France when it indicar que nuestra capacidad de interconexión eléctrica dista produces surplus power and imports it when extra electricity mucho de ser óptima. is needed, although the inter-connections between the two countries are less than optimal. La intermitencia de la energía eólica podría, no obstante, dejar de ser un problema en el futuro. Numerosas líneas de investi- Wind energy intermittency may, however, cease to pose problems gación estudian actualmente el desarrollo de nuevos sistemas in future. Many research teams are presently studying the devel- de almacenamiento eléctrico a gran escala, encontrando ya opment of new large-scale power storage systems. Solutions soluciones como baterías de ion-litio, sistemas de volantes de have already been found in the use of lithium ion batteries, inercia, sistemas de aire comprimido o la utilización de super- high-inertia flywheels, compressed air systems or graphene and condensadores de grafeno e hidrógeno, entre muchos otros. hydrogen superconductors, to name a few. European initiatives Destacan iniciativas a nivel europeo como el proyecto “stoRE”, such as the ‘stoRE’ project are particularly prominent, although aunque también se están llevando a cabo pruebas piloto en pilot testing is also underway in Japan and the United States. países como Japón o los Estados Unidos. Así mismo, existen Other initiatives are fuelling electric power interconnections iniciativas que potencian la interconexión eléctrica mediante across HVDC (high voltage direct current) grids and FACTS infraestructuras HVDC (High Voltage Direct Current Grids) y (flexible alternating current transmission systems) to integrate FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) como renewable energies. The efforts of the Friends of the Supergrid solución a la integración de las energías renovables. Es espe- group, which advocates for the construction of a European cialmente interesante en este ámbito el trabajo elaborado por el power supergrid, are especially promising. grupo Friends of the Supergrid, que plantea la construcción de We must admit that whilst such systems will certainly form una superred eléctrica europea. part of future power grids (so-called smart grids or, according Debemos admitir, que si bien estos sistemas formarán seguro to Japanese predictions, even smarter systems called parte de las redes eléctricas del futuro (las famosas Smart Grids, digital grids), we personally believe that an optimal mix of que según Japón podrían incluso llegar a ser todavía más inte- renewable generation will ultimately be the solution to today’s ligentes y llamarse Digital Grids), nuestra apuesta personal pasa management problems. Wind energy and other renewables por la combinación óptima de los sistemas de generación reno- such as solar and medium/high enthalpy geothermal energy vables como solución a los problemas de gestión actuales. La are wonderfully complementary. To return to the aforemen- energía eólica se complementa maravillosamente con otros tioned example, low summertime wind output could be offset sistemas renovables como la energía solar o la energía geotér- by photovoltaic and solar thermal generation, which peak in mica de media/alta entalpía. Usando de nuevo el ejemplo that season of the year. In daily cycles, wind power supple- anterior, la baja generación eólica existente en verano podría ments the absence of night-time photovoltaic generation, ser compensada mediante una elevada generación fotovoltaica although some solar thermal plants have built-in energy y termosolar, que alcanzan precisamente su máximo de genera- storage systems consisting in huge molten salt tanks with ción en esta época. A nivel diario, la generación eólica comple- which power can be generated by night. menta durante la noche la ausencia de generación fotovoltaica, Last but by no means least, the growing number of electric si bien algunas de las plantas termosolares existentes en la and hybrid vehicles in the cities of the future will usher in

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actualidad incorporan sistemas de almacenamiento de energía huge change. In addition to prompting demand-side increases térmica mediante tanques gigantes de sales fundidas que les and changes in the power demand curve, these vehicles open permiten continuar generando electricidad incluso de noche. the gates to countless possibilities. With the development of ‘V2G’ (vehicle-to-grid) and ‘V2H’ (vehicle-to-home) systems, Por último, pero no por ello menos importante, el progresivo electric vehicle batteries could be used as huge storage systems, aumento de los vehículos eléctricos e híbridos en las ciudades absorbing surplus power outputs and feeding electricity back del futuro supondrá grandes cambios. Además de incrementos into the system when needed. Readers interested in pursuing de la demanda y cambios en la curva de demanda eléctrica, this question in greater depth are referred to sub-chapter 6.3 estos vehículos abren un sinfín de posibilidades. El desarrollo of this book where the energy model of the future is described de sistemas “V2G” (Vehicle to Grid) y “V2H” (Vehicle to Home) in detail. permitirán utilizar las baterías de los vehículos eléctricos como un gigantesco sistema de almacenamiento, absorbiendo exce- Today’s management difficulties created by the particularities dentes de generación y aportando energía al sistema cuando that characterise the integration of wind energy can be expected sea necesario. Si el lector desea adentrarse más en este ámbito, to intensify as the number of wind farms connected to the en el apartado 6.3 del libro se profundiza en el nuevo modelo grid rises. Despite the challenges posed by the transition to energético del futuro. an electric power paradigm based predominantly on renewable energy, of which none of the key stakeholders is unaware, La integración de la energía eólica en los sistemas eléctricos relentless efforts are being made and promising developments tiene una serie de particularidades que suponen actualmente una are in the offing. dificultad de gestión, dificultades que es de esperar aumenten a medida que se incremente la cantidad de parques eólicos conectados a ello. Los principales implicados son conscientes de los retos que una transición energética hacia un paradigma eléctrico predominantemente renovable supone, pero se está trabajando intensamente y son de esperar grandes avances en el futuro.

296 297 298 299 11. ENERGIA EÓLICA MARINA • OFFSHORE WIND ENERGY JOSE SERNA GARCÍA-CONDE

1. La Oportunidad que el Mar nos Ofrece 1. The Sea: an Inherent Opportunity 1.1 Los fundamentos 1.1 The fundamentals El origen de la utilización del viento por parte del hombre In all likelihood, the origin of humanity’s use of wind lies in probablemente se sitúe en el mar y sus primeros navegantes. the sea and the earliest sailors. Aeons later, we’re again looking Y es de nuevo al mar a donde volvemos a mirar en busca de to the sea to harness more of that inexhaustible resource. And un mayor y mejor aprovechamiento de este recurso limpio e once again the challenge driving our ingenuity to develop tech- inagotable. Y también de nuevo es la inmensidad y fuerza del nologies with which to capitalise on that resource more safely, exigente océano quien desafía e impulsa el ingenio del hombre cleanly and inexpensively lies in the vast space and inestimable para el desarrollo de tecnologías que permitan hacerlo de strength of the oceans. forma cada vez más segura, limpia y económica. This chapter briefly explores the state-of-play of this young A lo largo del presente capítulo, exploraremos brevemente la and promising market rife with challenges and opportunities situación de este joven y prometedor mercado lleno de retos y and the ever-developing technologies by which it is supported oportunidades, y de las tecnologías en constante desarrollo que and fuelled. The discussion focuses in greater detail on the lo sostienen y empujan. Al hacerlo, pasaremos con más dete- areas in which Esteyco is devoting its experience, expertise nimiento por aquellas áreas en las que Esteyco está volcando and enthusiasm to contribute in its modest way to progress su experiencia, conocimiento e ilusión para contribuir con su in an industry which, we are persuaded, will play a lead role in granito de arena al progreso de esta industria que, estamos building the better – and more sustainable – future we aspire convencidos, habrá de jugar un papel protagonista en el futuro to bequeath to our children. mejor –y más sostenible– que logremos dejar a nuestros hijos. If the wind were oil, its richest fields would surely be in the Si el viento fuera petróleo, sin duda sería en el mar donde se sea, with the essential difference that wind fields will never be concentrarían sus más ricos yacimientos, que en el caso del depleted. The reason for that abundance isn’t only because viento nunca agotaremos. Y ello no sólo por la evidencia three-quarters of this our blue planet are submerged in water de que tres cuartas partes de éste nuestro planeta azul estén (Fig. 1). The wealth of the resource that the sea has to offer cubiertas de agua (fig. 1). La riqueza del recurso que el mar lies in other factors as well. A review of some of the funda- nos ofrece viene también motivada por otros diversos factores, mentals of harnessing wind energy may be in order by way of y puede convenir para ilustrarlos repasar de nuevo alguno de illustration. los fundamentos del aprovechamiento de la energía del viento. (izquierda / opposite) Así como la energía nuclear tiene su fundamento esencial en Fig. 1. Imagen satélite de la cara oculta de la Tierra 2 la archifamosa fórmula E = m· c , si la energía eólica tuviese Fig. 1. Satellite image of the ‘far side’ of the Earth

298 299 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

que escoger una ecuación descriptiva de sus fundamentos, ésta Just as nuclear energy is based essentially on the more than sin duda sería: famous formula E = m· c2, if an equation were to be chosen E = ½ ρ·A· v3 to describe the fundamentals of wind energy, it would indis- Esta fórmula nos indica que la energía que un aerogenerador putably be: 3 es capaz de extraer del viento es proporcional a la densidad E = ½ ρ·A· v ρ del aire, al área A que sus palas barren (ver figura 21), y al That formula tells us that the energy that can be drawn from cubo de la velocidad v del viento al que se enfrenta. El mar, the wind by a wind turbine is proportional to air density, ρ, the como veremos, habrá de permitirnos elevar los tres parámetros area swept by its blades, A (see Figure 21), and the cube of the –ρ, A y v– para de ese modo multiplicar el valor de la E que wind speed v at any given time. As we’ll see, the values of all perseguimos. three parameters (ρ, A and v) and hence of the amount of ‘E’, En primer lugar, la propia densidad del aire ρ es lógicamente are higher on the ocean than on land. mayor a nivel del mar que a mayores alturas en tierra firme. To begin with, air density itself, ρ, is logically greater at sea Concretamente, y a modo de ejemplo, a igual velocidad de level than at higher inland altitudes. More specifically, at a given viento, el mismo aerogenerador producirá aproximadamente wind speed and a temperature of 15 °C the output of one and un 10% más a nivel del mar, donde la densidad del aire es de the same wind turbine is approximately 10 % greater at sea 1.23 kg/m3 a 15ºC, que en un parque a 1 000 m de altitud en level, where density is 1.23 kg/cm3, than at an elevation of tierra, en el que la densidad del aire se reduce a 1.11 kg/m3 a 1 000 m, where density is just 1.11 kg/cm3. igual temperatura. Secondly, wind turbine rotors can sweep a greater area, A, at En segundo lugar, también el área A barrida por el rotor de sea. That area logically depends firstly on blade length and nuestros aerogeneradores podrá ser mayor en el mar. Lógica- hence on the height of the tower, which must be increased to mente, dicha área A depende en primer lugar de la longitud bear larger diameter rotors and the bigger and heavier nacelles de palas, pero también en consecuencia de la torre, que debe needed to process the greater amount of energy generated by elevarse más para soportar un rotor de más diámetro, y claro rotors that sweep a larger area. Earlier chapters of this book está de la propia nacelle que crecerá en masa y tamaño para have identified the clear trend in the industry from the outset procesar la mayor potencia que un mayor barrido del rotor toward rotors with a larger sweep, A. puede generar. Ya hemos visto en capítulos anteriores la clara Nonetheless, the sustained growth in onshore wind turbine tendencia de la industria desde sus inicios hacia rotores de size is waning (Fig. 3) as efficient land-side handling and mayor área A de barrido. shipping of ever larger and heavier components reach their Sin embargo, el crecimiento sostenido que han vivido los respective ceilings That is unsurprising, for wind turbines have aerogeneradores en tierra se está viendo ralentizado (fig. 3) grown to being by far the largest rotating machines ever built. conforme la tecnología se aproxima al techo en lo que se refiere The factors conditioning large-scale component handling and al eficiente manejo y traslado en tierra de unos componentes transport are prompting difficulties and limitations increasingly cada vez más grandes y pesados. No en vano, los aerogenera- difficult to overcome on land (Fig. 2). dores han crecido hasta convertirse, de largo, en la maquina In contrast, the sea is the medium chosen for transporting giratoria más grande que jamás haya construido el hombre. the largest man-made constructions or structures ever moved Los condicionantes que su manipulación y transporte imponen (Figs 4). In its vast waters, the factors that limit the size and

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en tierra están generando dificultades y límites cada vez más difíciles de superar (fig. 2). El mar, en cambio, está acostumbrado a recibir las más grandes construcciones o estructuras que nunca el hombre haya movido (fig. 4). En sus vastas aguas dichos condicionantes ligados al porte y carga de grandes piezas pueden ser mucho menos restrictivos, si dichas piezas se ingenian para adecuarse a tal propósito. Y será por tanto en la amplitud de los mares y océanos donde como veremos la industria puede encontrar vía libre para dar continuidad al hasta ahora imparable crecimiento de rotores y turbinas. Crecimiento que desde los albores de la energía eólica moderna ha redundado en una mayor eficacia de costes en la producción de energía. En tercer y último lugar, no desde luego por importancia, tenemos la velocidad de viento, v; es por supuesto este pará- (m) (MW) 120 metro, que contribuye al cubo a la energía generada, el que ante 3 todo buscamos incrementar cuando miramos al mar. En efecto, 80 sobre las inabarcables llanuras de agua es donde el viento se 2 desarrolla con mayor intensidad, regularidad y calidad. 1 40 La figura 5 representa la cuantía del recurso eólico en Europa, 0 indicando la velocidad media anual a 80 m de altura. Resulta 0

patente el salto en la velocidad de viento que se produce al 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 cruzar la frontera delimitada por la línea de costa, y al valorarlo 1998-99 2000-01 2002-03 2004-05 Evolución de la potencia nominal Evolución del promedio del debe recordarse que su influencia sobre la energía del viento media de los aerogeneradores diámetro y de la altura del buje actúa con el cubo. El viento que en las áreas en rojo oscuro Average nameplate capacity Average rotor diameter and hub height del mar del Norte o el mar de Irlanda sopla a 10 m/s, contiene (arriba / above) por tanto 8 veces más energía que el viento que en las zonas Fig. 2. Transporte de una nacelle, una pala y un tramo de torre. La logística azuladas del interior del continente fluye a 5 m/s. y medios para el transporte e instalación de sus componentes están dificultando y frenando el crecimiento de los aerogeneradores en tierra En efecto, la tierra con su relieve y los obstáculos al movimiento Fig. 2. Transporting nacelle, blade and a section of tower: illustration of del aire que alberga, tiende no sólo a frenar el viento y restarle how component transport and installation logistics and resources are energía, sino también a generar turbulencias que incrementan hampering and curbing onshore wind turbine growth el esfuerzo y desgaste de los aerogeneradores que lo enfrentan. (abajo / below) Lógicamente ese indeseable efecto es mayor cuanto más cerca Fig. 3. Evolución de la potencia media y altura de los aerogeneradores insta- de la superficie nos encontremos, y es uno de los principales lados en Dinamarca. El rápido crecimiento tiende ya a ralentizarse en tierra. motivos por el que, como hemos visto en el capítulo X.II, las (Fuente: IRENA) Fig. 3. Mean capacity and height of wind turbines installed in Denmark torres onshore tienden a ser cada vez más altas, alejando el (1998-2013) showing the slowdown in onshore growth (source: IRENA)

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Fig 4. Plataforma petrolífera Troll A, en el mar del Norte noruego. Con diferencia la más grande estructura nunca trasladada por el hombre (472 m Fig. 4. Troll A oil platform off the Norwegian shore of the North Sea, far de altura y 656 000 tn de peso) and away the largest structure ever shipped (472 m high, weighing 656 000 t)

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aerogenerador de la superficie en busca de vientos más veloces weight of large-scale components constitute much less of a y menos turbulentos. Pero en general nunca llegaran a serlo constraint than on land, as long as those components are well tanto como los que se generan sobre la inmensa planicie libre engineered to that purpose. Hence, the seas and oceans are the de obstáculos del mar. setting where the industry will give full rein to the relentless El modo en que el viento pierde velocidad conforme se acerca growth in rotor and turbine size, growth that from the advent a la superficie se denomina cizalladura del viento o wind shear of modern wind energy has redounded to more cost-efficient y depende fundamentalmente del nivel de fricción que dicha electricity generation. superficie impone. La figura 6 muestra las típicas curvas de Third and last but certainly not least, we have wind speed, ‘v’. wind shear que suelen observarse en distintas zonas. Lógica- This is of course the parameter whose cubed value contributes mente, la pérdida de velocidad es más acusada en zonas en las most to the power generated, raising the amount of which is que hay más obstáculos en superficie, como pueden ser zonas our primary aim when we look toward the sea. Indeed, wind is boscosas, que son por tanto las zonas que demandan torres de most intense, regular and of highest quality as it blows across mayor altura. Por el contrario, es sobre el agua donde el viento the ocean’s endlessly flat waters. se frena menos y donde además es de mayor calidad por su Figure 5 depicts the wind resource in Europe, showing the menor nivel de turbulencia. mean yearly speed at an altitude of 80 m. The obvious spike Pero el mar no sólo ofrece mayores ρ, A y sobre todo v para in that value as we cross the coastline is the more significant incrementar la energía generada, sino que ofrece con casi ilimi- bearing in mind that its effect on energy is raised to the third tada abundancia otro recurso que en muchas zonas onshore es power. In other words, the wind, that blows at 10 m/s in the escaso y caro: el espacio. Y como es lógico la escasez y coste de dark red areas on the North and Irish Seas, carries eight times ese espacio necesario en tierra se incrementa precisamente en more energy than the wind on the blue inland areas where the las zonas de más actividad económica y densidad de población, speed is 5 m/s. que son las que más demandan los recursos energéticos que With its relief and obstacles to air movement, dry land tends perseguimos y que con frecuencia tienden a ubicarse en zonas not only to curb the wind and diminish its energy, but also to costeras, como se ilustra en la figura 8. A modo de ejemplo, generate turbulence that increase the stress and wear on the casi tres cuartas partes de la energía consumida en los Estados wind turbines in its path. Such undesirable effects are logically Unidos la consumen estados costeros, que son una proporción greater closer to the surface, which is one of the primary reasons mucho menor de la superficie del país. Sin duda éste también that, as observed in Chapter X.II, onshore towers tend to be built es uno de los motivos por los que la energía eólica offshore se higher and higher, to lengthen the distance between the turbine ha desarrollado primero y con más intensidad en el norte de and the ground in pursuit of a faster and less turbulent wind Europa, mientras que en otros mercados o regiones con menor flow. Even so, it will never blow as fast or as regularly on land as densidad de población y mayor disponibilidad de espacio over the vast obstacle-free waters of the sea. abierto en tierra cabe esperar un desarrollo mucho más lento. The decline in speed as wind nears the surface, called wind Debe además tenerse presente que el coste del espacio no sólo shear, depends essentially on the amount of friction induced se mide en euros. Los parques eólicos generan energía limpia by that surface. Figure 6 shows standard wind shear curves for y renovable, contaminando cualitativamente menos que otras different areas. The decline in ground level speed is logically fuentes a las que tienden a sustituir, pero como toda actuación more accentuated and the need for higher towers therefore

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Fig. 5. Recurso eólico en Europa (Fuente: AWS Truepower) Fig. 5. Wind resource in Europe (source: AWS Truepower)

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Velocidad de viento geostrófico = 10 ms−1 greater in obstacle-dense areas such as forests. In contrast, − Geostrophic wind speed = 10 ms 1 offshore wind is not only less constrained, but its quality is t = 1. Bosque / Forest (z0 2.0 m) higher due to the lack of turbulence. 200 2. Ciudad / Town (z0 = 0.5 m) 3. Campo / (z = 0.05 m) The sea, however, not only affords higher ρ, A and especially 180 Forest 0 4. Agua / Water (z = 0.0002 m) 160 0 v, raising the amount of energy generated, but also a nearly Eective heigh 140 unlimited supply of another resource that is scarce and expen- 120 sive at many onshore locations: space. Logically also, the

d) (m) / 100 12 34

− paucity and cost of the space needed on land rise precisely 80

(z in areas where economic activity and population density are va 60 highest, areas where the demand for the energy resource 40 20 sought is greatest and which tend to be sited along the coast, as shown in Figure 8. By way of example, in the United Altura efecti 0 12345678910 States nearly three-quarters of the nation’s energy output is Velocidad de viento (ms−1) / Wind speed consumed in the coastal states, which account for a much Fig. 6. Variación de la velocidad media del viento con la altura en condi- smaller proportion of its land area. That is surely one of the ciones neutras para cuatro valores típicos de longitud de rugosidad superfi- reasons that offshore wind energy developed first and most cial (z ). La velocidad del viento geostrofico se fija en 10 m/s 0 intensely in northern Europe, whereas development may be Fig. 6. Variation in mean wind speed with height for neutral conditions and expected to take off much more slowly in other markets or four typical values of surface roughness length (z0) at a constant geostrophic wind speed of 10 m/s regions with lower population densities and greater availability of open inland space. (Fig. 7). humana pagan también un cierto precio medioambiental, que Another factor to bear in mind is that the ‘cost’ of space is en el caso de la energía eólica va fundamentalmente asociado not measured in euros alone. Wind farms generate clean and al impacto visual y en menor medida al ruido. De nuevo, las renewable energy, polluting qualitatively less than the other áreas de más densidad y demanda energética son también las sources they tend to replace. Nonetheless, like all human más sensibles a dichos efectos. Pero la energía eólica offshore activity, they come at a certain environmental price, in this case permite mitigarlos en gran medida, incluso en zonas próximas essentially visual impact and, to a lesser extent, noise. Here also, a los núcleos de población. Aproximadamente 5 km mar heavily populated areas with a high energy demand are most adentro, los parques dejan de ser visibles desde la costa y el sensitive to such effects, which are greatly mitigated offshore, ruido de las palas en su productivo giro pierde toda relevancia. even in areas close to urban centres. Approximately 5 km seaward, farms are not visible from the coast and any noise 1.2 El contexto global generated by their productively rotating blades is obviously Todo lo anterior se ubica al mismo tiempo en un contexto inaudible onshore. global en el que ya nadie cuestiona la inapelable necesidad de un cambio urgente hacia un modelo energético más sostenible 1.2 The global context y que limite la escalada que el último siglo ha visto en la gene- All the foregoing is set against a global backdrop in which ración de gases de efecto invernadero, directamente asociados no-one any longer questions the pressing need for a more a los fenómenos de calentamiento global y cambio climático. sustainable energy model able to curb the steep rise over the

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Fig. 7. El mar y su inabarcable abundancia de viento y espacio abierto. Fig. 7. The sea, its vast wind resource and open space: Anholt Offshore Parque eólico en Anholt, Dinamarca (400 MW, 111x3.6 MW) Wind Farm, Denmark (400 MW, 111x3.6 MW) (autor: Katrin Scheib, sept. 2014) (author: Katrin Scheib, sept. 2014)

Ello ya tiene su reflejo a nivel de las principales instituciones, last century in the greenhouse gas emissions that are directly muestra del cual es por ejemplo la estrategia Europa 2020 de la associated with global warming and climate change. That is UE, que establece el firme objetivo por parte de los países que already mirrored in institutional policy, such as the EU’s la integran para reducir un 20% la emisión de gases de efecto ‘Europe 2020’ strategy, a package of binding legislation that invernadero en 2020 con respecto a los niveles de 1990, asegu- requires member countries to reduce greenhouse gas emissions rando para ello que al menos un 20% de la energía provenga by 20 % over their 1990 levels by 2020, to which end 20 % of de fuentes renovables. Plan que ya tiene continuidad en nuevos their energy is to be sourced from renewables. That strategy objetivos oficiales para 2030 en Europa (The 2030 framework now has a sequel with new official targets for 2030 (The 2030 for climate and energy policies), que establecen un 27% de produc- framework for climate and energy policies), whereby 27 % of ción con energía renovable y una reducción de gases de efecto energy is to be produced with renewables and greenhouse gas invernadero del 40% respecto a 1990. generation is to be lowered by 40 % compared with 1990. La ONU, desde el protocolo de Kyoto en 2005, viene también Since the 2005 Kyoto Protocol, the UN has also been encour- impulsando sucesivos acuerdos internacionales en similar línea, aging international agreements along these same lines, to which a los que como un hito se han sumado también en 2014 –ya the world’s two most active emitters, United States and China, con objetivos y cifras concretas– los dos principales emisores adhered in 2014 with specific targets, a landmark achievement. del mundo, Estados Unidos y China. El primero tiene como The former aims to lower its emissions by 26-28 % in 2025 objetivo reducir emisiones un 26-28% respecto a 2005 en from their 2005 levels, and the latter has announced a plan to 2025, y el segundo ha anunciado su plan para no incrementar refrain from raising emissions beginning in 2030 and ensure emisiones a partir de 2030 y asegurar al menos un 20% de that at least 20 % of its energy is generated with other than generación sin combustibles fósiles. fossil fuels. A estas ya de por sí poderosas razones medioambientales y These powerful environmental and sustainability-related de sostenibilidad, se unen además importantes motivaciones reasons are reinforced in many nations by significant geo-

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geoestratégicas por parte de muchas naciones en lo que a strategical motivations inspired by their energy dependence. dependencia energética del exterior se refiere. At the same time, we live in an ever developing world with Al mismo tiempo, vivimos en un mundo en incesante desa- relentlessly growing energy demands (see Figure 8) where rrollo que tampoco cesa por tanto en su creciente demanda heavy dependence on the fossil fuels that source most of the de energía (ver figura 8), y que mantiene por ello una enorme power generated worldwide awards those resources a lead dependencia de los combustibles fósiles que a día de hoy role in our economic model. The immense clean energy- sostienen la mayor parte de la generación de energía en el based generation that will be needed to lighten the weight mundo, y con ella en buena medida su modelo económico. of the most polluting sources and at the same time meet the La capacidad de generación de energía limpia que necesita- rising demand for electric power constitutes one of modern remos para reducir el peso de las fuentes más contaminantes societies’ major challenges. This is particularly true since very y al mismo tiempo atender el crecimiento en la demanda de few of the emissions-free sources are in a position to provide energía es enorme y supone un gran reto para las sociedades an alternative able to generate enough power to have a material modernas. Máxime cuando entre las fuentes de energía libres effect on the worldwide energy mix. de emisiones, son escasas las que se encuentran en situación Nuclear and especially hydro energy, queen of the renewables, de ofrecer una alternativa con capacidad para proporcionar un will logically play a major role in that process, although the volumen de generación suficiente para influir de forma rele- conditions required for their development are not present vante en el mix de producción energética a nivel global. in all geographic areas or countries. Building huge dams and Por supuesto, la energía nuclear y sobre todo la energía hidráu- nuclear power plants logically entails other serious implications lica, reina de las renovables, jugarán en dicho proceso un not addressed here that nonetheless limit the pace, volume and importante papel, pero no todas las áreas geográficas o países universalisation of the growth potential of these energies. presentan las condiciones adecuadas para su desarrollo, y ni

Fig. 8. La demanda global de energía crece de manera continuada. La IEA Fig. 8. Constant growth in global energy demand, with power consumed in (International Energy Agency) prevé que la energía consumida a nivel 2030 expexted to be 30-45 % higher than in 2007 (International Energy global en 2030 supere, entre un 30 y un 45%, a la que se consumía en 2007 Agency IEA forecast)

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que decir tiene que la construcción de grandes presas y más For that reason, so-called alternative technologies, which in aún centrales nucleares tiene toda otra serie de implicaciones, addition to wind include, among others, geothermal, solar thermal en las que no se pretende entrar aquí, pero que en todo caso or photovoltaic, tide, biomass and wave energy, must make a limitan en mayor o menor medida la velocidad, volumen y decisive contribution to the generation of renewable electric generalización de su posible crecimiento. power. Biomass, for instance, generates at very competitive Será por ello necesario que a dicho cambio de modelo contri- costs in some markets, and solar photovoltaic costs have dived buyan de forma decisiva las llamadas tecnologías alternativas so spectacularly in the last 5 years that this can no longer be para la obtención de energía renovable, y entre las que se regarded as a very expensive source. The degree of develop- cuentan, además de la eólica, la energía geotérmica, la energía ment and cost-competitiveness of these sources are uneven, solar fotovoltaica o térmica, la mareal, la energía obtenida de however, and often still insufficient to expect them to be able biomasa o la de las olas, entre otras. La biomasa por ejemplo, to play a significant role in short- or medium-term change. genera en ciertos mercados energía a costes muy competitivos That is not the case, however, of wind energy, which as y la solar fotovoltaica ha vivido en el último quinquenio una observed in several of the preceding chapters, has under- espectacular reducción de costes que impide ya catalogarla gone such astonishing development in recent decades that de energía muy cara. El nivel de desarrollo y competitividad its maturity and economics, and hence output and price, now económica que presentan estas diversas fuentes es en todo enable it to compete effectively with conventional sources on caso desigual y en muchos casos todavía insuficiente como many markets. Indeed, it is the market leader in the amount para esperar que a corto y medio plazo puedan jugar un papel of new installed capacity in prominent geographies such as muy relevante en el cambio perseguido. Europe (43 % of the total in 2014) and the United States (2007- No es ese sin embargo el caso de la energía eólica, que como 2014), for instance, and accounts for a significant share of se ha ilustrado en varios de los anteriores capítulos ha vivido capacity rises in Brazil, China and India. The paradigm of what un espectacular desarrollo en las últimas décadas y destaca wind energy can become is already visible in Denmark, where ya por su madurez y economía, compitiendo hoy en muchos wind currently supplies over one-third of the country’s annual mercados con las fuentes convencionales de energía tanto en consumption and up to two-thirds in the windiest months. volumen como en coste. No en vano lidera el ranking en lo que All that is indicative of the major role that wind energy is a nueva potencia instalada se refiere en mercados de referencia destined to play in the inevitable transition to the world’s como Europa (43% de la nueva potencia instalada en 2014) o cleaner, more sustainable and independent new energy model. Estados Unidos (de 2007 a 2012) y está también jugando una The European Wind Energy Association (EWEA) estimates papel decisivo en los incrementos de potencia de Brasil, China that wind will source one-fourth of the electricity consumed o India. El paradigma de lo que la energía eólica puede llegar in Europe in 2030. Onshore wind farms, which in the present a aportar lo vemos ya hoy en el mercado danés, en el que el century have economised costs far more than forecast by the viento proporciona actualmente más de un tercio de la energía most optimistic of predictions and which continue to improve consumida anualmente, habiendo llegado a casi dos tercios en in that respect, will foreseeably generate a major share of that los meses más ventosos. power. Nonetheless, the capacity that needs to be installed to Todo ello hace que la energía eólica esté llamada a jugar un implement the new model may call for space unavailable in papel de gran relevancia en la ineludible transición hacia ese certain areas, where it may need to be earmarked for other uses

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nuevo modelo energético más limpio, sostenible e indepen- to ensure social growth and progress, particularly in densely diente. EWEA (European Wind Energy Association), por populated coastal zones. ejemplo, estima que la eólica proporcionará en 2030 un cuarto The sea, in contrast, with its abundance of space and wind, de la energía consumida en Europa. Es de esperar que dicha affords an extraordinary opportunity to harness enormous contribución venga liderada por los parques en tierra, que han amounts of clean energy close to demand centres, while alcanzado en lo que llevamos de siglo una economía de costes consuming a local, inexhaustible ‘fuel’. It should come as que ha superado las más optimistas predicciones y que sigue no surprise, then, that some of the world’s most advanced mejorando. Sin embargo, las potencias que deberán insta- economies such as Germany and Japan have seen in offshore larse para hacer posible el nuevo modelo perseguido pueden wind the potential to replace eventually their powerful nuclear requerir una ocupación de espacio que en ciertos casos no reactors. The Danish market has anticipated the future in this pueda ser absorbida por el territorio. Un territorio que el creci- respect also, materialising that potential in facilities such as its miento y progreso de las sociedades demandarán también para Anholt offshore farm (Fig. 7) that alone generates 4 % of the otros usos, en particular en las más densificadas zonas costeras. country’s electric power. En cambio el mar, con su abundancia de espacio y viento, In fact, the offshore projects presently in the pipeline for ofrece una extraordinaria oportunidad para cosechar enormes 2025 would translate into capacity equivalent to around 40 cantidades de energía limpia, cerca de los centros de demanda, nuclear plants. The huge potential market that entails will, as y consumiendo un “combustible” que es local e inagotable. No discussed below, call for a gradual lowering of costs and hence ha de extrañarnos por tanto que algunas de las economías más innovative solutions and technologies. We are consequently avanzadas del mundo, como la alemana o la japonesa, hayan facing a scenario of enormous opportunity and no less visto en el viento marino una alternativa con potencial sufi- sizeable challenges. These two factors, market and technology, ciente para reemplazar eventualmente a sus potentes reactores are addressed respectively in sections 2 and 3 below. nucleares. En esa línea de nuevo el mercado danés se adelanta a su tiempo proporcionándonos ejemplos actuales de ese potencial, como el del parque offshore de Anholt (fig. 7), que por sí 2. Economic Factors and the Marketplace sólo produce un 4% de la energía del país. Further to the preceding discussion, given that offshore wind De hecho, el pipeline de proyectos offshore en desarrollo energy affords a unique opportunity to contribute decisively actualmente prevería, para el año 2025 una potencia de eólica to meeting one of modern societies’ most indisputable and marina que como orden de magnitud equivaldría a la cons- pressing needs, the question to be posed is obviously: why is trucción de más de 40 centrales nucleares. Ello supone un it being implemented and developed quickly on so few of the gran mercado potencial, que como veremos va a exigir para worlds’ markets? su desarrollo y crecimiento una gradual reducción de costes y que demandará para ello soluciones y tecnologías innovadoras. The answer to that question is fairly straightforward: whilst Situación que genera un escenario de grandes oportunidades y an offshore facility produces on the order of twice as much no menos destacables desafíos. A ambos aspectos, mercado y electricity as an equivalent onshore turbine, at this writing tecnología, nos referiremos respectivamente en las secciones 2 installation and maintenance costs are three-fold greater in y 3 a continuación. the former than in the latter. The most mature onshore wind

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2. Aspectos Económicos y de Mercado technology is already often cost-competitive with conventional sources. That cannot yet be said of its ‘daughter’, offshore Considerando lo expuesto en la sección anterior, y si en efecto wind energy. la energía eólica marina ofrece una singular oportunidad para contribuir decisivamente a satisfacer una clara y acuciante nece- Those facts have two general implications for today’s offshore sidad de las sociedades modernas, la pregunta que se suscita wind market: parece obvia: ¿Por qué su rápida implantación y desarrollo se ––Firstly, the short- and medium-term development of limita todavía a sólo algunos mercados en el mundo? offshore wind energy will be contingent upon political La respuesta en lo básico no es ningún misterio: aunque como support. That support should come in the form of strategic orden de magnitud un MW eólico en el mar produzca el doble investment in remuneration for electricity production de energía que uno instalado en tierra, a día de hoy el coste de at rates and for a guaranteed timeframe that suffice to instalación y mantenimiento del primero más que triplica al del develop the industry and its market. segundo. El coste ponderado de la más madura energía eólica ––Secondly, the foregoing must give rise to progressive en tierra ya compite en muchos casos con el de las fuentes industrial and especially technological development able convencionales. El de la más joven eólica marina todavía no. to redound to a gradual and significant lowering of cost De dicha realidad cabe destacar dos implicaciones generales en that will steadily eliminate or limit dependence on public las que se enmarca hoy el mercado de la eólica marina: ––En primera instancia, el desarrollo de la eólica offshore a corto y medio plazo dependerá del apoyo político. Apoyo (€) que con visión estratégica invierta en unas tarifas de remu- 500 neración de la producción de energía con valor y seguridad temporal suficientes para permitir el desarrollo de un 1984 mercado y una industria. 100 ––En segunda instancia, lo anterior deberá resultar en un 1990 2000 progresivo desarrollo industrial y ante todo tecnológico 50 2004 14% que redunde en una gradual y significativa reducción de 2012 costes que eventualmente anule o limite la dependencia del soporte político. El desarrollo global y a largo plazo de la eólica marina dependerá de ello. 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 (MW) En referencia al primero de estos dos aspectos, son varios los países que desde hace años están acertando a impulsarlo con Fig. 9. Evolución temporal del coste (€/MWh) de la energía eólica onshore, mayor o menor determinación, y el mercado presente y futuro con un ratio de mejora medio del 5% anual, y que hoy compite en eficiencia de la eólica marina es ya hoy de un prometedor volumen y económica con las fuentes convencionales (Fuente: Bloomberg New Energy proyección en varios mercados, lo que se ilustrará en la Finance) Fig. 9. Onshore wind turbine costs (€/MWh) over time, with a mean yearly siguiente sección 2.1. En lo que se refiere al modo en que la decline of 5 % and concomitant rise in economic efficiency that enable industria está respondiendo ante el reto que supone el segundo wind to compete with conventional sources (source: Bloomberg New Energy aspecto, lo trataremos al menos en parte en la sección 3. Finance)

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Antes, sin embargo, puede resultar conveniente destacar la funding. That will be an imperative for global, long-term analogía que lo anterior presenta con el que ha sido el desa- offshore wind development. rrollo de la eólica en tierra. En sus inicios la eólica onshore In connection with the first factor, several countries have been también ha dependido durante muchos años de algún tipo moving more or less decisively in that direction for years. The de incentivo o subvención adecuadamente establecida en present and projected offshore wind output is highly promising sus mercados primigenios para promover el desarrollo de in a number of those markets, as discussed in section 2.1 below. una energía limpia, sostenible y autóctona. Pero la industria Industry’s response to the challenges posed around the second respondió con un desarrollo tecnológico que eventualmente factor is discussed at least partially in section 3. redujo los costes a gran velocidad hasta hacerlos insospecha- damente competitivos (ver fig. 9), al tiempo que generaba First, however, an analogy with the onshore wind industry may actividad económica, tejido industrial, intensa ocupación y be in order. At the outset and for many years, the onshore un conocimiento y capacidad tecnológica de gran potencial wind industry and its incipient marketplace also depended exportador. Riqueza en definitiva. Creo que pocos dudarían on some manner of suitable incentive or subsidy to further en catalogarla como una historia de éxito. Podría de algún the development of clean, sustainable and autochthonous modo entenderse que la eólica marina esta hoy donde la eólica energy. The industry responded, however, with technological terrestre estuvo ayer, en un proceso de desarrollo que busca development that eventually lowered costs at a pace that reproducir dicho éxito. made wind power unforeseeably competitive (see Figure 9), while generating business activity, an industrial fabric, intense Analogía que también aplica a nivel territorial, pues en su employment growth and potentially exportable knowledge and día también fue Europa la principal impulsora del concepto technological expertise: wealth, in a word. Few people would moderno de energía eólica onshore que rápidamente se extendió hesitate to call that a success story. The offshore industry y sigue extendiéndose con notable éxito al resto del mundo y might be thought to tread today along the path to successful en particular a otros grandes mercados como China y USA que development cleared by its onshore parent yesterday. han ido escalando hasta liderar los rankings de potencia instalada. Del mismo modo, la eólica marina tiene hoy a Europa This analogy is also applicable geographically, for Europe was como su principal impulsora, pero es esperable que la historia initially the main driver of the modern approach to onshore se repita y según aumente su madurez otros grandes mercados wind energy, which spread quickly and continues to spread la sigan, como está ya sucediendo en particular con China o successfully to the rest of the world, particularly in major Japón, y todavía tímidamente Estados Unidos. La actual apuesta markets such as China and the USA, which have climbed to the de Europa por liderar el desarrollo e innovación en este sector top positions worldwide. Similarly, Europe is the main driving le dará la ventaja del First mover en un sector cuyas tecnologías force behind offshore wind today. History may be expected to tendrán un muy elevado potencial exportador a medio y largo repeat itself, however, and as the industry matures other large plazo. markets will surely follow suit: China and Japan in fact already are, as is the United States, albeit more hesitantly. Europe’s 2.1 Mercado presente y futuro de la energía eólica marina current punt on leading industry development and innovation Al acabar el año 2014 había instalados en el mundo cerca de will nonetheless afford it a ‘first mover’ advantage in a field 9 000 MW de energía eólica offshore, de los que algo más del in which technology has high medium- and long-term export 90% están Europa y el resto en Asía. La figura 10 muestra la potential.

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potencia acumulada distribuida por países, tanto a final de 2013 2.1 The offshore wind energy market: present and future como a final de 2014. At year-end 2014 around 9 000 MW of offshore wind capacity El principal impulsor y mercado para la eólica marina hasta la were installed worldwide, a little over 90 % of which was fecha ha sido con diferencia el Reino Unido, si bien cabe esperar located in Europe and the rest in Asia. Figure 10 shows the que en los próximos años también Alemania se convierta en cumulative capacity by country at year-end 2013 and 2014. un mercado de gran volumen. Francia, Holanda, Bélgica y los The primary driver and market for offshore wind to date has países escandinavos con Dinamarca a la cabeza serán también been the United Kingdom, although Germany may be expected a corto plazo mercados importantes, aunque menores. En to become a large-scale market in the years to come. France, Asia, China concentra la mayor parte de las instalaciones hasta Netherlands, Belgium and the Scandinavian countries, headed la fecha, aunque en su mayoría todavía en zonas muy próximas by Denmark, will also constitute significant, albeit smaller, a la costa y de mínima profundidad, inferior en ocasiones a la markets in the short tem. In Asia, most of the facilities built propia carrera de marea. to date are located off China’s shores, although very close to Todos ellos están invirtiendo en el desarrollo de un mercado the coast and at shallow depths, lower in some cases than the e industria de presente y futuro, para lo que se apoyan en las intertidal zone. condiciones favorables de elevado viento y moderada profundidad con las que cuentan en buena parte de sus aguas. Ello ha These countries are investing in the development of today’s propiciado la creación de un amplio y prometedor mercado, and tomorrow’s market and industry, encouraged by the cuya evolución y crecimiento exponencial hasta la fecha se favourable wind conditions and moderate depths of most recoge, a nivel europeo, en la figura 11. of their territorial waters. That has fostered the creation of a broad and promising market whose exponential development and growth in Europe are illustrated in Figure 11. (MW) The curve that summarises the first decade and a half of 5 000 commercial offshore wind development is indicative of a successful young market with healthy promise. Nonetheless, 4 000 Capacidad de acumulación 2013 it is not reaching the even more ambitious pace of investment Cumulative capacity 2013 and installation that a number of governments and energy 3 000 Capacidad de acumulación 2014 Cumulative capacity 2014 agencies set as an objective in the past decade, inspired by the enormous potential described in the first section of this 2 000 chapter on the fundamentals of the resource. To paraphrase ingenious physicist Niels Bohr: ‘Prediction is very difficult, 1 000 especially about the future’, a quote that is even more meaningful if possible when applied to an industry that from the outset 0 s a al m m ay ventured into such a demanding environment as the sea. re any pa n ug eden Ja rt Ko rm Irelan d Finlan d Sw Norw Belgiu Po Ge Denmar k PR China

Netherland Fig. 10. Potencia eólica marina acumulada en el mundo, por países

United Kingdo Fig. 10. Cumulative offshore installed capacity by country

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La curva que en dicha figura 11 resume la primera década larga (GW) de desarrollo comercial de la eólica marina, muestra un mercado 600 Resto del mundo / Rest of the world joven de exitoso progreso y saludable proyección. Aun así, no Europa / Europe está llegando a alcanzar todavía los incluso más ambiciosos 500 ritmos de inversión e instalación que con gran entusiasmo 400 308 distintos gobiernos y agencias de la energía se marcaron como objetivo la pasada década, inspirados en el enorme potencial 300 cuyos fundamentos hemos ilustrado en la primera sección. 200 Parafraseando al genial físico Niels Bohr: “La predicción es muy 88 100 222 complicada, especialmente cuanto se refiere al futuro”, cita que 13 112 1 8 27 cobra más sentido si cabe al referirse a un sector en sus albores 2014 2020 2030 2050 que se aventuraba en un medio tan exigente como el marino. Anual Acumulación En cualquier caso, cada predicción ayer fallida es hoy una Annual Cumulative lección aprendida. Por ello, las previsiones que actualmente (MW) (MW) maneja la industria son lógicamente más sólidas y realistas, en 2 400 12 000 particular a corto plazo, y llegan soportadas por una significa- 2 200 11 000 tiva experiencia acumulada y un más profundo conocimiento 2 000 10 000 de las exigencias y dificultades a las que se enfrenta la industria, 1 800 9 000 así como de los desarrollos y mejoras que se avecinan. 1 600 8 000 Existen múltiples predicciones, generadas por distintos 1 400 7 000 informes específicos u organismos internacionales. La figura 1 200 6 000 12 representa la estimación de evolución en la potencia de 1 000 5 000 eólica marina instalada a corto, medio y largo plazo, tanto a 800 4 000 nivel europeo como global, que presenta el JRC (Joint Research 600 3 000 Council de la Comisión Europea). 400 2 000 200 1 000 Las ambiciosas predicciones a medio (2030) y largo plazo 0 0 (2050) dan una idea del enorme potencial que esta nueva industria y mercado atesoran. También son indicativas de la 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 prometedora oportunidad exportadora que guardan para Fig. 11. Potencia anual instalada en Europa desde el año 2000, y curva de Europa como first mover. Aunque fundamentadas, conviene en potencia acumulada (Fuente: EWEA). La potencia indicada para el año 2015 corresponde sólo a su primera mitad, que ha supuesto un apabullante record al ver en sólo 6 meses la puesta en marcha de casi 2 500 MW, que (arriba / above) groso modo equivalen a 2 grandes centrales nucleares. Fig. 11. Capacity installed yearly in Europe since 2000 and cumulative Fig. 12. Proyección de crecimiento en potencial acumulada de energía eólica capacity curve (source: EWEA); (2015: capacity for the first two quarters offshore, a nivel europeo y global (Fuente: JRC 2014) only, an astounding record, with the commissioning in only 6 months of Fig. 12. Projected cumulative growth in offshore installed capacity in nearly 2 500 MW, roughly equivalent to the capacity of two large nuclear Europe and the world (source: JRC, 2014) power plants)

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cualquier caso recibir estas predicciones con un prudente nivel In any event, yesterday’s mistaken predictions are today’s de escepticismo. lessons learnt. Therefore the industry’s current forecasts are El nivel de fiabilidad es en cambio mucho más alto en las logically sounder and more realistic, particularly in the short proyecciones a corto plazo para el ya cercano 2020, como es term, and based on substantial experience as well as a deeper lógico. Existe en la industria un cierto consenso en las predic- knowledge of the demands and difficulties it faces and the ciones de potencia instalada que cabe esperar en el próximo developments and improvements underway. quinquenio, en particular para Europa, que en cualquier caso Many a prediction has been put forward in specific reports by no carecen de un inevitable nivel de dispersión. EWEA en su the private sector or international bodies. Figure 12 shows the escenario central (23 GW) es un poco menos optimista que growth in offshore installed capacity in the short, medium and JRC (27 GW), mientras que el NREAPS (38 GW) posible- long term for Europe and the world at large, estimated by the mente lo sea en exceso. Un reciente informe de EY (antes European Commission’s Joint Research Council (JRC). Ernst&Young) estima una potencia instalada en Europa para Such ambitious medium- (2030) and long- (2050) term 2020 de 28 GW, lo que supondría 20 GW de nueva capacidad predictions are an indication of this new industry’s and its en 5 años, de los que 7 GW se ubicarían en UK, 6 GW en market’s enormous potential. They also shed light on Europe’s Alemania, y los 7 GW restantes repartidos entre Francia, Dina- ‘first mover’ opportunity. While well-grounded, however, these marca, Holanda y en menor medida Bélgica. predictions should be viewed with a bit of cautious scepticism. En el resto del mundo se espera que sea China quien genere la The degree of reliability is logically much higher for the mayor parte del mercado fuera de Europa hasta 2020, con una short-term predictions, to 2020. A certain consensus has been contribución menor de Japón, Korea o Taiwan. La industria reached in the industry about the capacity that will be installed mira con atención el despertar del gran mercado estadouni- in the next 5 years, especially in Europe, which are nevertheless dense, parece que todavía tímido a corto plazo. A medio plazo, subject to inevitable scatter. In its medium variant (23 GW), países como Brasil y sobre todo India entrarán probablemente the EWEA is somewhat less optimistic than the JRC (27 GW), en escena, y cabe en particular destacar a Japón, con planes whereas the UK’s National Renewable Energy Action Plans menos rápidos pero ambiciosos que prevén 10 GW de eólica (NREAPS) (38 GW) may be overly so. A recent EY (formerly marina en 2030 y aproximadamente 40 GW en 2050 (source: Ernst & Young) report estimated that installed capacity in Japanese Wind Power Association 2014). Europe would be 28 GW in 2020, which would entail installing Si nos atrevemos a resumir el futuro, cabe esperar que como 20 GW of new capacity in 5 years: 7 GW in the UK, 6 GW orden de magnitud el ritmo de instalación en la próxima in Germany and the remaining 7 GW in France, Denmark, década crezca gradualmente desde el entorno de los 2-3 GW/ Netherlands and, to a lesser extent, Belgium. año hasta posiblemente 7-9 GW/año, lo que en los próximos In the rest of the world, China is expected to account for most 10 años podría significar un promedio no lejano a los 700 aero- non-European generation until 2020, with smaller contributions generadores marinos instalados anualmente en el mundo. from Japan, South Korea and Taiwan. The industry is nonetheless looking expectantly forward to an awakening in the huge US market, where development is still hesitant, at least in the short term. In the medium term, countries such as Brazil and especially India will very likely commission facilities. Japan has

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2.2 El coste de la energía eólica marina longer-term but ambitious plans calling for 10 GW of offshore La Figura 13 muestra el rango de coste ponderado de dife- wind capacity in 2030 and 40 GW in 2050 (source: Japanese rentes tecnologías de energía renovable, en relación con el de Wind Power Association, 2014). las tecnologías convencionales de generación derivadas de la Venturing a summary about the future, the pace of installa- combustión de hidrocarburos, tanto en 2010 como en 2014 tion in the next 10 years may be expected to rise gradually (Fuente: IRENA). La hidráulica y la eólica terrestre lideran a las from the present 2-3 GW/year to up to 7-9 GW/year, which energías renovables, tanto por volumen como por economía. is tantamount to an average of nearly 700 new offshore wind Economía que hasta la fecha ha alcanzado sus máximos niveles turbines per year worldwide. de eficiencia en Brasil, donde se están desarrollando numerosos parques rentables con tarifas en el entorno de sólo 40 €/MWh. 2.2 The cost of offshore wind energy La energía solar es hoy sensiblemente más costosa, pero resulta Figure 13 compares the levelised cost of various renewable sobresaliente el modo en que tanto CSP como en particular energies to the cost of conventional hydrocarbon-fired gene- Fotovoltaica vienen reduciendo sus costes fuertemente en los ration technologies in 2010 and 2014 (source: International últimos años. Renewable Energy Agency, IRENA). Hydro and onshore wind La energía eólica offshore queda como ya hemos descrito todavía lead the renewables industry both in output and cost-effective- alejada en coste de la referencia marcada por la eólica onshore. ness. In Brazil, cost efficiency has culminated in a number of Tanto o más reseñable que su valor resulta su evolución en el wind farms under development that will be profitable at tariffs tiempo, que en la anterior figura se asemeja más a la un sector as low as €40/MWh. Although solar energy is perceptibly maduro que al de un sector en sus fases iniciales de desarrollo, more expensive, the costs of both concentrated solar (CSP) del que se espera una más acentuada reducción de costes. En and solar photovoltaic power have tumbled in recent years. efecto, la evolución temporal de coste de la energía eólica Offshore wind energy, as noted earlier, is still a long way from offshore ha sido en su primera etapa comercial cuanto menos equalling the onshore benchmark. More notable than the anómala, caracterizándose en sus primeros años por impor- absolute numbers, however, is its pattern over time, which tantes incrementos en lugar de por las reducciones esperadas, judging from Figure 14 is more characteristic of a mature than aunque hoy ya se aprecia con claridad el imprescindible cambio a young industry, where costs would be expected to decline de tendencia (ver fig. 14). more sharply. In fact, offshore wind energy costs behaved at Parte del incremento de coste que la figura 14 muestra derivó least anomalously in the first commercial stage, with significant simplemente del hecho de que los parques comerciales fueron rises rather than the expected downturns. Today, however, a tendiendo a situarse en aguas cada más profundas y alejadas necessary change of trend is clearly visible. mar adentro. Pero son también otros varios los aspectos que Part of the cost rises mirrored in Figure 14 are attributable to the en gran medida han estado detrás del encarecimiento de los tendency to site wind farms farther offshore and consequently parques offshore al que asistimos la pasada década. in ever deeper waters. Several other factors have nonetheless helped raise offshore wind farm costs in the last decade. La dificultad, duración y coste de las tramitaciones adminis- trativas y medioambientales, por ejemplo, han superado con The difficulty, duration and cost of administrative and environ- frecuencia las previsiones, fruto de la propia novedad de los mental proceedings, for instance, have often been greater parques offshore, y de las interferencias o descoordinaciones than initially foreseen, due to government departments’

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(arriba) (above) Fig. 13. Coste ponderado de Energía de distintas fuentes renovables, en Fig. 13. Levelised cost of electricity from renewable sources in 2010 and 2010 y 2014 (Fuente: IRENA) 2014 (source: IRENA) (derecha) (right) Fig. 14. Evolución del coste CAPEX (Capital Expenditure) de distintos Fig. 14. Capital expenditure (CAPEX) in European offshore wind farms parques offshore europeos a lo largo del tiempo, con una clara tendencia alcista over time, attesting to abatement of its early upward trend (source: que en los últimos años empieza a corregirse (Fuente: DNVGL & FOWIND) DNVGL & FOWIND)

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entre distintos departamentos de la administración cuyas unfamiliarity with a wholly new type of facility, offshore competencias al respecto no siempre han estado claramente farms, and their mutual interference or lack of coordination in definidas y repartidas. Estos son sin embargo aspectos que a context in which their respective competencies have not been se han ido superando y mejorando ya, en particular en los always clearly delimited. These obstacles have now been largely mercados más maduros. overcome, however, particularly in the most mature markets. El sector también ha vivido casos de importantes deficiencias The industry has also been afflicted by substantial operational de funcionamiento o de durabilidad de equipos o subestruc- shortcomings for want of durability in equipment or sub- turas, lo que unido a los grandes costes y dificultades de actua- structures. That, added to the enormous cost and difficulties ción y mantenimiento en el mar ha supuesto en ocasiones sensi- of working with and maintaining offshore facilities, have on bles bajadas de producción, y significativos incrementos de los occasion induced significant declines in output, along with costes OPEX (Operational Expenditure), todo ello repercu- considerable rises in operational expenditures (OPEX). The tiendo en subidas del LCOE (Levelised Cost of Energy) resul- outcome has been increases in the levelised cost of energy tante. Hoy, sin embargo, la industria ha aprendido sus lecciones (LCOE). Today, however, the industry has learnt its lessons y va ganando consciencia de la mejora en eficiencia económica and is fast becoming aware of the improvements in economic que supone invertir en robustez tanto del aerogenerador como efficiency to be gained by investing in robust wind turbines de la subestructura. Las estrategias, medios y costes de accesi- and substructures. The timeframes, effectiveness and cost of bilidad y mantenimiento en el mar vienen también mejorando offshore strategies, accessibility and maintenance have also notablemente en sus intervalos, eficacia y coste, y es de esperar improved greatly and can be expected to continue to do so. que lo sigan haciendo. The factor that may have accounted for most of the rise in offshore wind costs in the last decade, however, was that farm Pero posiblemente el factor que más ha influido en la escalada construction costs were purely and simply underestimated, de coste de la eólica marina durante la pasada década fuese especially by the first offshore contractors commissioned to la simple y llana infravaloración inicial de lo que realmente build foundations and install other components on the high costaba construir un parque eólico en el mar, en particular, por seas. In pursuit of a competitive slot in the starting grid for an parte de los primeros contratistas marinos encargados de la industry with such a promising future, in the early years many construcción de las cimentaciones e instalación de los distintos contractors concluded agreements at precariously low costs, componentes en alta mar. En busca de una posición de ventaja overestimating the applicability of their prior experience in oil en la parrilla de salida de un sector de tan prometedor futuro, and gas and underestimating the specific difficulties inherent in muchos de ellos firmaron en los primeros años contratos a wind farms, with the many offshore units and operations they coste excesivamente bajo, sobrevalorando la aplicabilidad de involve. They quickly and sadly learned that cost margins in su experiencia previa en oil & gas e infravalorando las dificul- renewables were a far cry from what they were accustomed to tades específicas de los parques eólicos, con el gran número de unidades y operaciones offshore que involucran. Tristemente no tardaron en aprender que los márgenes económicos que (derecha / opposite) se manejan en el sector de las renovables poco tienen que ver Fig. 15. Vista de las fases y medios típicamente involucrados en la construc- con los del mundo de los hidrocarburos, y hubo que lamentar ción de un parque eólico marino (Fuente: The Crown State) Fig. 15. Phases and resources typically involved in building an offshore algunas quiebras sonadas. wind farm (source: The Crown State)

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Un papel ciertamente protagonista en los importantes sobre- in the world of hydrocarbons, a hard-won lesson that resulted costes de construcción que varios de estos contratistas sufrieron in a number of notorious bankruptcies. lo jugaron los escasos y muy costosos medios marinos de heavy- The substantial cost overruns supported by these contrac- lift, de los que la instalación de cimentaciones y aerogenera- tors were largely attributable to the scant and very costly dores viene dependiendo por completo (ver figura 15). offshore heavy lift equipment on which wind turbine insta- Papel que no ha sido tanto de originador de problemas, como llation and foundation construction depends (see Figure 15). sobre todo de multiplicador de sus consecuencias económicas. They haven’t been so much source of problems, as they have Necesariamente reservados con gran antelación, el enorme e been multipliers of the financial consequences of any problem implacable coste diario de dichos medios, de varios cientos de arising elsewhere. Necessarily reserved long in advance, such miles de euros, no sabe de flexibilidad y ha penalizado tremen- equipment has an enormous and unrepentant daily cost damente cualquier retraso o replanificación en los proyectos, (several hundred thousand euros) devoid of any flexibility that y más aún la posible pérdida de las ventanas de buen tiempo penalises project delays or re-planning very heavily, with the necesarias para los trabajos de instalación. possible forfeiture of the fair weather windows needed for installation operations.

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Los problemas vividos en algunos de los primeros parques The problems experienced in some of the early farms tended, tendieron además a subir el perfil de riesgo asociado a los moreover, to raise the perceived risk of offshore wind proyectos de la eólica marina, y con ello también los costes de projects, and with it insurance and financing costs. All of the los seguros y de la financiación. Todo ello fue empujando un foregoing drove costs, particularly construction costs, steadily progresivo incremento en el coste, en particular en lo referido a upward. One of the outcomes was that projects were awarded los trabajos de construcción, que se fueron restringiendo a los exclusively to offshore majors, the only contractors with más grandes contratistas marinos tanto por capacidad operativa sufficient operating and financial wherewithal. That in turn como financiera. Eso a su vez fue reduciendo la competencia, reduced competition, which may have also helped raise prices. lo que posiblemente también contribuyó a elevar los precios. That trend is fortunately reversing today and after a few Afortunadamente, esa tendencia se está ya hoy revirtiendo, y years of relative cost stability the industry may be believed tras unos años de relativa estabilidad en los costes está justifi- to have reached a turning point, as Figure 14 shows: because cado pensar que, tal y como se aprecia en la Figura 14, el sector it should and because it can. The positive but especially the se encuentra actualmente en un punto de inflexión, tanto adverse experience acquired is a source of lessons on which porque debe como porque puede. Las experiencias positivas the industry has not failed to capitalise. The supply chain is y más aún las negativas van proporcionando lecciones que la becoming specialised with the advent of specific fabrication industria no está desaprovechando. La cadena de suministro and manufacturing capacities and ad hoc installation resources; ha ido especializándose y generando capacidades específicas, construction costs and risks are now better understood and tanto en fabricación como en medios u operaciones de instala- controlled, regulator intervention and administrative processing ción adhoc; los costes y riesgos de la construcción son cada vez have become clearer and more streamlined, and project mejor conocidos y controlados, los organismos reguladores y management and coordination more orderly and efficient. procesos de tramitación van ganando en claridad y velocidad, al tiempo que la gestión y coordinación de los proyectos lo Experience has, then, cleared the ground for rapid market hace en orden y eficiencia. Todo ello ha asentado las bases de growth (see Figure 11), which is in turn raising industrial un rápido crecimiento del mercado (ver figura 11), que está capacity and fuelling much-needed technological development. facilitando una mayor capacidad industrial e incentivando un These two factors are and will continue to map the road to imprescindible desarrollo tecnológico. Ambos son y serán lower costs. The steps that must be taken have been identified in la esencia del camino de reducción de costes. Son múltiples largely concurring reports that herald the industry’s significant los informes que identifican y en gran medida coinciden en potential for savings. Ernst & Young, for instance, estimate los distintos pasos a dar en dicho camino, anticipando una that the levelised cost in 2030 will stand at €90/MWh, which is significativa capacidad de ahorro. EY, por ejemplo, cifra en below the competitive threshold normally agreed to be around 90 €/MWh el coste ponderado alcanzable para 2030, por €100/MWh. debajo de los umbrales de competitividad que suelen situarse Certain technological developments, at least partially addressed estimativamente en el entorno de los 100 €/MWh. in section 3 below, will be instrumental in that downward trend. Distintos desarrollos tecnológicos habrán de contribuir deci- Nonetheless, the impact of a given development can only be sivamente a dicha reducción, lo que trataremos al menos en suitably assessed from a clear understanding of how the capital parte en la sección 3, a continuación. Sin embargo, para evaluar needed to build an offshore farm is generally structured today,

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adecuadamente la importancia relativa de uno u otro desa- identifying the relative weight of the major items that govern rrollo, es imprescindible antes entender la estructura general its cost. con la que se distribuye hoy el capital necesario para la cons- Figure 16 compares the typical breakdown of construction trucción de un parque offshore, identificando el peso relativo costs for an offshore wind farm at a depth of 40-m to the de las grandes partidas que gobiernan su coste. breakdown for a comparable onshore facility. Note the Así, la figura 16 muestra una típica distribución de costes en qualitative leap in the relative weight of wind turbines when un parque offshore a 40 m de profundidad, por un lado, y en un built offshore. The balance of plant (BOP: all the non- parque onshore, por otro. Se hace evidente el cambio cuali- turbine farm infrastructure), a mere supporting actor onshore, tativo en el peso relativo del aerogenerador que se produce becomes the offshore cost leader. That prominence grows in en el mar. El BOP (Balance of Plant: toda la infraestructura de farms sited at medium to deep depths, which will account for un parque que no es aerogenerador) pasa de actor secundario most of the future market. The BOP, including the tower as en tierra a destacado protagonista en el mar. Protagonismo part of the substructure, doubles its share of the pie, from que crece en los parques a profundidades medias o altas, que one-third onshore to two-thirds off, placing the technological supondrán una parte mayoritaria del mercado futuro. Si consi- focus on that substantial fraction and its potential for raising deramos la torre como parte de la subestructura y del BOP, cost efficiency. éste puede pasar de suponer apenas un tercio de la inversión Fig. 16. Típica distribución de los costes de capital (CAPEX) en un parque en tierra, a concentrar dos tercios en mar. Ello pone el foco offshore (profundidad 40 m) y en un parque onshore – Typical CAPEX cost del desarrollo tecnológico en esa tan importante fracción del breakdown in an offshore (40 m water depth) and onshore wind farm. pastel y en su capacidad para contribuir a una mayor eficiencia Fig. 16. CAPEX breakdown for windfarms: offshore in waters 40 m deep de costes. (left); onshore (right)

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3. Los Desafíos y la Tecnología para Superarlos 3. The Challenges ahead and the Technologies to Confront them La industria de la energía eólica marina y las tecnologías que la soportan se enfrentan a múltiples retos, pero podría decirse The offshore wind industry and the technologies underpinning que todos forman parte de un gran desafío que los engloba y it face a host of constraints, all of which can be said to form ante el que todos los agentes de la industria estamos, nunca part of the same overarching challenge confronting all the mejor dicho, en el mismo barco: reducir en aproximadamente industry’s agents: the need to reduce today’s power generation un 40% y en menos de una década los actuales costes de costs by approximately 40 % in less than 10 years’ time. producción de energía. That need or aim, which would call for progress rapid enough Dicho objetivo, que en rápido progreso debe llevar los costes to reduce the cost of electricity generated with offshore la energía extraída del viento marino hacia los 100 €/MWh, wind energy to €100/MWh, is a target as unavoidable as it supone un reto tan ineludible como ambicioso, en particular is ambitious, particularly since it must be reached at the same teniendo en cuenta que debemos alcanzarlo al tiempo que time as wind farms are sited in deeper waters farther offshore tendemos a situar nuestros parques en aguas más profundas y (see Figure 17). alejadas de las costa (ver figura 17). That objective is rendered credible, however, by a number of Existen sin embargo múltiples consideraciones que ayudan a considerations that may well constitute the driving force the hacer dicho objetivo creíble y es de esperar que impulsen a la industry needs to meet it. Nearly all those considerations are industria en su cumplimiento. Casi todas ellas se basan de un supported in one way or another by the same mainstay, tech- modo u otro en un pilar fundamental: el desarrollo tecnoló- nological development, which in turn needs foundations on gico. Dicho pilar necesita a su vez un cimiento sobre el que which to rest: an adequate marketplace. apoyar: un mercado suficiente. A review of the time it has taken other, now fully mature Puede en ese sentido resultar ilustrativo comparar los tiempos technologies to develop may be an enlightening exercise. de desarrollo de otras tecnologías ya plenamente maduras The summer of 2016 will mark the 25th anniversary of the de nuestro día a día. En el verano del próximo año 2016 se evacuation of the first kWh of offshore wind-produced cumplirán 25 años desde que los primeros kwh de energía electric power to the grid from Denmark’s pioneering Vindeby eólica offshore se vertieron a la red desde el pionero parque farm, which with eleven 450-kW machines pointed the way to de Vindeby en Dinamarca, que con 11 máquinas de 450 kW the future. A quarter of a century may seem like a long time se adelantó a su tiempo y sigue hoy operativo. Un cuarto de (arriba / above) siglo puede parecer un periodo largo y sin duda ha permitido Fig. 17. Los parques marinos europeos tenderán gradualmente a situarse en acumular una valiosa experiencia, pero puede convenir relati- aguas más profundas y alejadas de la costa (Fuente: EWEA) vizarla comparándola con la situación de otras industrias fami- Fig. 17. Gradual tendency to site European wind farms in deeper waters liares 25 años después de su nacimiento (ver figura 18). farther from the coast (source: EWEA) (abajo / below) La eólica marina puede y debe en definitiva considerarse una Fig. 18. En julio de 2016 la energía eólica offshore cumplirá 25 años. tecnología muy joven, a la que cabe augurarle todavía un signi- Imágenes del teléfono, el automóvil, el avión o la televisión 25 años después ficativo margen de desarrollo y mejora. Es posible, empleando de su nacimiento Fig. 18. July 2016: 25th anniversary of offshore wind energy. The telephone, un símil humano, que para que la eólica marina acabe de superar automobile, aeroplane and television in their 25th year

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la adolescencia y alcance su edad adulta, antes deba, por así and it has certainly sufficed to acquire valuable experience, but decirlo, independizarse de sus progenitores, sin renunciar por it should be placed in perspective by a comparison with the ello a la experiencia y consejo que puedan seguir brindándole. state-of-the-art of other familiar industries in their 25th year Si en dicho símil la eólica marina tuviese una madre y un padre, (see Figure 18). estos sin duda serían la eólica terrestre por un lado, y la indus- Offshore wind energy can and should be regarded as a very tria offshore del oil&gas por otro. De ambos ha bebido para bien young technology with considerable potential for development en su desarrollo, pero guarda también muy importantes dife- and improvement. To use a human metaphor, to be able to rencias con cada uno de ellos, y poco a poco deberá hacerlas grow out of adolescence and into adulthood, offshore wind valer para superar inercias e irse diferenciando en sus propios must cut its parental apron strings without, however, forfeiting desarrollos tecnológicos, encontrando su propio camino y the experience and advice its forebears can provide. If offshore alcanzando así la madurez y con ella su mejor eficiencia de wind indeed had a mother and father, they would certainly costes. be onshore wind on the one hand and offshore oil and gas ¿Deben las palas, turbinas y torres de los aerogeneradores de on the other. Whilst it has learned from both in its develop- la eólica marina ser tan similares a los de su madre la eólica ment, it is hardly identical to either and should capitalise on its terrestre? Las limitaciones y requerimientos en cuanto al differences to overcome inertia and undertake its own techno- tamaño transportable de sus componentes, su accesibilidad o logical development, making its own way toward maturity and su impacto visual, por poner algunos ejemplos, son muy dife- greater cost efficiency. rentes. Durante años se ha oído hablar de la simple “marini- Must the blades, turbines and towers in offshore wind machines zación” de los aerogeneradores terrestres para su aplicación be a replica of their onshore ‘mother’s’? Factors such as acces- offshore, pero hoy ya está extendida la consciencia de que la sibility, visual impact or the constraints and require-ments industria de la eólica marina debe ir más allá. Hasta muy recien- affecting the shippable size of their components, to name a temente, de hecho, la potencia y tamaño de los aerogeneradores few, are very different. Although for years the focus was on the offshore superaba sólo con timidez a la de sus mayores homó- marinisation of onshore wind turbines for their use in offshore logos terrestres, y sólo en los últimos años empieza a apre- environments, today industry actors are aware of the need to ciarse el salto que separa ya claramente a los primeros de los rethink that approach. Until very recently, the capacity and size segundos. Buena muestra de ello son TPAs (Turbine Purchase of offshore wind turbines were only slightly greater than those Agreements) firmados en 2014, en los que el tamaño medio de of their onshore ‘mother’: the qualitative leap that separates aerogenerador fue ya de 5.6 MW para offshore, doblando ya el the two is a very recent event. Suffice it to say that in the promedio de 2.8 MW para onshore (Fuente: JRC). turbine purchase agreements (TPAs) concluded in 2014, the Quizás el futuro depare más diferenciaciones cualitativas; es mean capacity of offshore wind turbines is 5.6 MW, double sabido por ejemplo que los más económicos y fácilmente insta- the 2.8 MW mean recorded for onshore facilities (source: JRC). lables rotores de dos palas se han evitado en la eólica onshore The future may bring more qualitative differences. Less expensive fundamentalmente por su menos favorable percepción visual and more readily installed two-blade rotors have been eschewed y ligeramente superior nivel de ruido, no siendo desde luego onshore essentially due to their less favourable aesthetic and evidente que el mismo criterio deba perdurar para siempre en slightly higher noise level. Those criteria need not persist eter- los apartados e invisibles parques offshore, en los que primará nally in remote and ‘invisible’ offshore farms, however, where

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el coste y sencillez de instalación. Otro ejemplo podría venir cost and ease of installation will take precedence over other de los aerogeneradores down-wind, que generan economía considerations. Another example lies in downwind turbines, en la nacelle en comparación con los habituales up-wind y sobre which generate some economies as compared to the standard todo pueden facilitar el uso económico de las palas más largas upwind machines and in particular may favour the cost-efficient y flexibles a las que indefectiblemente se dirige el offshore. use of longer, flexible blades toward which the offshore industry Quizás también las torres evolucionen desde su actual tipo- is unfailingly heading. Towers may also develop from the present logía emergida casi idéntica a la terrestre, y pasen a concebirse above-water typology, nearly identical to the onshore kind, to an como un más robusto componente de la subestructura –y no approach in which they are conceived not as part of the wind del aerogenerador– que no tema mojarse los pies. Es igual- turbine but rather as a robust component of the substructure, mente posible que la vida útil de los parques en el mar tienda unafraid of getting its feet wet. The service life of offshore a superar significativamente los reducidos 20 o 25 años de los wind farms may also prove to be significantly longer than their efímeros parques terrestres, amortizándolos durante más tiempo ephemeral 20-25 year onshore counterparts. That would enhance para una mejor economía como sucede con otras grandes their economics by spreading their depreciation over longer instalaciones de producción energética con las que compiten, periods, more comparable to those estimated for the large-scale como puedan ser una central nuclear, un ciclo combinado o no energy generation facilities with which they compete, such as digamos ya una presa. nuclear and combined cycle plants, not to mention dams. No debería extrañarnos, en definitiva, que los más eficientes y We should not be surprised, in short, if the most cost-efficient económicos aerogeneradores marinos que se instalen dentro offshore wind turbines installed 10 years from now gradually de 10 años hayan ido gradualmente superando inercias y se overcome today’s inertia and are built to a design that differs diferencien de sus primos terrestres notablemente más de lo from onshore machines much more widely than today, a design que se diferencian hoy, adaptándose a sus específicas circuns- better adapted to their specific circumstances in pursuit of tancias en busca de una mayor eficiencia económica. greater economic efficiency. En similar línea, ¿deben los criterios y requerimientos en In a similar vein, should offshore wind inherit the design, cuanto a diseño, operaciones y medios offshore de la eólica operation and resource criteria and requirements in place for marina heredarse como suele hoy suceder de los de su padre, el its ‘father’ industry, oil and gas, as is commonly the case today? sector del oil&gas? Es desde luego sabio aprender de la valiosa Learning from the experience accumulated by industries that experiencia acumulada por sectores que nos preceden, pero have preceded ours is more than wise, of course, but the las circunstancias y criterios que aplican al oil&gas pueden en circumstances and criteria applied to oil and gas may often be no pocas ocasiones no aplicar o incluso ser inadecuados para inapplicable to or even unsuitable for wind. The conditions that la eólica. Entre los ejemplos que diferencian drásticamente drastically distinguish the two markets include the following. ambos mercados cabría señalar los siguientes: ––The risk associated with offshore wind turbine failure or ––El riesgo asociado al fallo o colapso de un aerogenerador collapse is practically confined to the moderate investment marino se restringe prácticamente sólo a una inversión per unit. In oil and gas, in contrast, the risk of collapse moderada por unidad, mientras que en el oil&gas el riesgo may not only have a much higher economic cost per unit, de colapso no sólo tiene unas repercusiones económicas but include the very severe risks of the loss of human life por unidad mucho mayores, sino que añade un muy and environmental damage, issues that are virtually non-

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grave riesgo de pérdida de vidas humanas y de daños existent in wind. As the levels of risk are of wholly different medioambientales que en el caso de la eólica son práctica- magnitudes, the margins of safety required should logically mente inexistentes. Los niveles de riesgo son de diferente differ as well. magnitud y en buena lógica los márgenes de seguridad ––Oil and gas platforms generally weigh an order of magnitude exigibles a uno y otro no debieran ser los mismos. more than offshore wind turbines, but their mean value is ––El peso de una plataforma de oil&gas es por lo general approximately two orders of magnitude greater. These facts un orden de magnitud superior al de un aerogenerador illustrate the enormous difference in the cost schedules and marino, mientras que su valor medio es aproximadamente construction and installation resources applied to each. dos órdenes de magnitud superior, lo que ilustra la gran ––Installing a large oil and gas platform is a one-off operation, diferencia en los baremos de coste y recursos para la cons- which depends only shortly on large, scant and tremendously trucción e instalación que aplican en uno u otro caso. expensive offshore equipment. In contrast, as installing a ––La instalación de una gran plataforma de oil&gas es una wind farm takes several months, the operation depends for operación puntual, que por ello depende puntualmente longer periods on the large-scale offshore rigs needed and de los muy escasos y tremendamente costosos grandes is more heavily penalised by their cost and narrow window medios marinos. La instalación de un parque eólico es en of availability. cambio una operación que se prolonga muchos meses, y ––The oil and gas industry builds unique structures, whereas como tal depende de forma continuada de los grandes the wind industry is characterised by repetitive, potentially medios marinos que pueda requerir, y puede verse más industrialised components, and the higher the proportion penalizada por su coste y baja disponibilidad of work that can be performed onshore, the greater is that ––El sector del oil&gas está dominado por construcciones potential. singulares, mientras que el sector eólico se caracteriza por These among other circumstances have gradually led (and may la repetitividad y consiguiente capacidad de industrializa- be expected to continue to lead in the future) to operations, ción, siempre mayor en la medida en que se logre maxi- criteria, standards and resources specific to offshore wind, mizar la cantidad de trabajo a realizar onshore. replacing those inherited more or less directly from oil and gas. Estas circunstancias, entre otras varias que podrían citarse, The changes may include jack-up vessels able to ferry a larger han ido poco a poco derivando –y es de esperar que lo hagan number of units per run or to work in more adverse conditions, más en el futuro– en operaciones, criterios, normas y medios ad hoc craft to access wind turbines or self-installing substruc- marinos específicos para la eólica marina, en sustitución de los tures or wind turbines designed to dispense with expensive and que con frecuencia se habían heredado más o menos directa- scant offshore heavy lift equipment. mente del oil&gas. Ello puede ir desde barcos de instalación The technological developments that will translate into the aptos para llevar un mayor número de unidades por trayecto cost reduction pursued will in any event call for ambitious o trabajar en peores condiciones de mar, pasando por embar- innovation and evolution in each and every one of the main caciones adhoc para el acceso a los aerogeneradores, hasta areas that comprise the major cost items for generating power: soluciones o procesos de autoinstalación de subestructura y/o the wind turbine, its substructure, the processes and resources aerogenerador que permitan prescindir en mayor medida de involved in the installation of both, the electricity evacuation los caros y escasos medios marinos de heavylift. system and substation, and operation and maintenance. A

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El desarrollo tecnológico que permita una reducción de coste detailed account of each and the respective technological como la perseguida, requerirá en todo caso una ambiciosa inno- developments exceeds the scope of this chapter, however, vación y evolución en todas y cada una de las principales áreas which focuses on the two main items identified: the wind que conforman las grandes partidas del coste de la energía turbine, and the sub-structure and its offshore installation. generada: el aerogenerador, la subestructura, los procesos y medios de instalación de ambos, la red de evacuación y la 3.1 Offshore wind turbines subestación, y los costes OPEX para la operación y el mante- The technology underlying modern wind turbines has been nimiento. Entrar en el detalle de todas ellas y sus desarrollos addressed in preceding chapters by experts whose knowledge tecnológicos excede sin embargo el alcance de este escrito, que of the subject is far greater than this author’s. Moreover, as a se centrará a continuación en las dos principales: el aerogene- rule the fundamentals and main components of an offshore rador por un lado, y la subestructura y procesos de instalación wind turbine do not differ in essence from those of onshore marina por otro. turbines, at least at this writing (Fig. 19). The idea here, then, is not to describe offshore wind turbine technology, but simply 3.1 Aerogeneradores offshore La tecnología que soporta a los aerogeneradores modernos ya ha sido tratada en capítulos anteriores por expertos cuyo conocimiento en la dicha materia excede en mucho al de quien esto escribe. Además, por lo general los fundamentos y principales componentes de un aerogenerador marino no varían en esencia con respecto a los de un aerogenerador terrestre, al menos hoy (fig. 19). Por ello, no se pretende aquí entrar a describir la tecnología de un aerogenerador marino, sino sólo apuntar, con algunos datos, imágenes o cifras de referencia, ciertos aspectos relevantes que caracterizan su mercado, magnitud o requerimientos constructivos. Probablemente uno de los aspectos en el que más se diferencia el mercado onshore y offshore de aerogeneradores no sea tanto la propia tecnología de base que fundamenta su funcionamiento, como la magnitud de los proyectos y los volúmenes de inversión asociados, lo que entre otros factores limita el acceso a enormes grupos de gran capacidad no sólo industrial sino también financiera. Reflejo de ello es el hecho de que incluso grandes fabricantes de aerogeneradores, líderes en la eólica terrestre, como Gamesa o Vestas, se han visto obligados Fig. 19. Principales componentes de una nacelle de un aerogenerador offshore a forjar sonadas alianzas para competir en un mercado notable- de Siemens 6MW Fig. 19. Main components of the nacelle in a siemens 6 MW offshore mente más exigente y selectivo que el terrestre. turbine (personnel shown to scale)

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Tanto es así que los fabricantes de aerogeneradores offshore se to identify, with a few facts, figures and images, certain notions cuentan en Occidente con los dedos de una mano, formando associated with their market, magnitude or construction. un mercado con un muy reducido número de competidores Basic operating technology is not where onshore and offshore de gran tamaño. Un enorme conglomerado industrial como wind turbine markets differ most. Rather, the greatest distinc- Siemens lo lidera en cuota de mercado, seguido de Adwen, tion between the two may have more to do with project magni- resultante de la unión para el offshore de Gamesa y Areva, y de tude and the associated investment volumes which, together MHI, la alianza de Vestas con al gigante japonés Mitsubishi. A with other factors, limit access to the latter to large-scale ellos se suma la fusión, todavía en proceso de integración, entre corporate groups with financial as well as industrial prowess. otros dos gigantes como Alstom y General Electric (único Proof of that lies in the highly publicised alliances that even exponente visible del continente americano) y por último onshore wind turbine majors such as Gamesa or Vestas have Senvion, excepción que confirma la regla por su más reducido had to forge to compete on the much more demanding and tamaño. A ellos se unen a nivel mundial tan sólo otro reducido selective offshore market. puñado de fabricantes asiáticos de Japón, China y Korea. Hence the marketplace in the western world is characterised El aerogenerador es lógicamente el componente de un parque by a very short number of large-scale offshore wind turbine eólico que más carga tecnológica acumula, en sus numerosos manufacturers. Siemens, a vast industrial conglomerate, is the equipos, avanzada maquinaria y complejos sistemas de control. world leader by market share, followed by Adwen, a joint Paradójicamente, posiblemente sea también el componente cuyo venture founded by Gamesa and Areva for offshore machines, decisivo papel ante el actual desafío de reducción de coste pueda and MHL, an alliance between Vestas and the Japanese giant más sencillamente englobarse en una única palabra: crecer. Mitsubishi. The market has given rise to yet another merger, still En efecto, la práctica totalidad de informes de referencia en in the integration stage, between two other industrial mammoths, el sector coinciden en señalar el crecimiento de los aeroge- Alstom and General Electric (the sole visible American actor). neradores como uno de los factores clave en la perseguida Senvion, a much smaller firm, is the exception that proves the reducción de los costes de generación. Por ello, la principal rule. Worldwide, these five compete with only a handful of evolución que cabe esperar en los aerogeneradores offshore, Asian manufacturers in Japan, China and South Korea. al menos a corto plazo, no será tanto en concepto como en The wind turbine is logically the farm component with the tamaño. Crecimiento que ayuda también a explicar que el desa- highest technological content, with its sophisticated equipment rrollo e industrialización de la siguiente generación de enormes and machinery and complex control systems. Paradoxically, it aerogeneradores offshore vaya quedando como hemos visto may also be the component whose instrumental role in rising sólo al alcance de los mayores y más capaces grupos indus- to the present challenge, i.e., lowering cost, can be summarised triales (fig. 20). in a single word: growth. Esa tendencia hacia aerogeneradores offshore de tamaño Nearly all the most highly reputed industry reports concur in creciente es seguramente ineludible y de hecho cada vez más identifying wind turbine growth as one of the key factors in clara. El tamaño medio de los aerogeneradores offshore insta- reducing generation costs. Consequently, the main develop- lados en Europa el pasado año 2014 fue de 3.6 MW, pero los ment to be expected in offshore wind turbines, at least in the TPAs (Turbine Purchase Agreements) promediaron ya 5.8 MW, short term, will be less a matter of technology than of size. y hoy difícilmente existan en Europa parques pendientes de Growth is also part of the reason that the development and

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industrialisation of the next generation of enormous offshore Global / Global wind turbines is, as noted above, within reach only of industrial a 7 Europa / Europe groups characterised by large scale and deep pockets (Fig. 20). 6 This trend toward increasingly larger offshore wind turbines is 5 as inevitable as it is visible. Although the average capacity of the 4 offshore wind turbines installed in Europe in 2014 was 3.6 MW, 3 the mean capacity in the TPAs concluded that year was 5.8 MW, age turbine capacit y

er 2 while scantly any European farms for which the final inves- Av 1 tment decision (FID) is outstanding today envisage turbines Capacidad media de la turbin 0 with a capacity of under 6-8 MW. Very young 5-MW models are Totalmente En construcción Licencia Licencia proving to be undersized much earlier than anticipated to meet puesto en marcha Under construction autorizada solicitada Fully Consent Consent medium- and even short-term demand in an industry rapidly commissioned authorised application moving to ever larger machines (see Figure 21). submitted That migration is driving solutions and technologies in the Fig. 20. Evolución del tamaño de los aerogeneradores offshore en Europa Fig. 20. Average offshore turbine capacity by stage of construction [in other major items in offshore wind energy costs, especially Europe] support structures and installation resources, discussed in the following section. FID (Final Investment Decision) que consideren aerogenera- From the distance at which we usually view these extraordinary dores de menos de 6-8 MW. Fabricantes con modelos 5 MW structures, we may fail to perceive their impressive scale. muy jóvenes han visto como en un plazo mucho más breve And yet that scale is a measure of the technical and logistic de lo anticipado dichos modelos parecen haberse quedado challenges to which the industry has successfully risen and pequeños para atender la demanda a medio e incluso corto the complexity of the invisible but perceptible engineering plazo de un sector en rápida evolución hacia maquinas todavía involved. The reader may form a fuller idea of the magnitude más grandes (ver figura 21). of these fantastic structures if their dimensions are compared Evolución que arrastra a las soluciones y tecnologías de los to those of a more familiar object, such as the VW Beetle, the otros grandes capítulos que conforman el coste de la energía car that holds the record for highest Western-made automobile eólica marina, y en particular el de las estructuras de soporte y sales: in Figure 21 it is shown to scale on the tip of an 8-MW los medios instalación, que trataremos en la siguiente sección. turbine blade. Desde la lejanía con la que solemos observar estas extraordi- The energy carried by the wind at the maximum speed at narias construcciones se puede a menudo perder la escala y which the turbine continues to operate, usually 25 m/s, can con ella la percepción de su impresionante envergadura. Una be measured in terms of the mass of air flowing across the envergadura que es medida de los retos técnicos y logísticos que area swept by the blades in an 8-MW machine, which would la industria ha ido superando, y de la complejidad y exigencia be equivalent to the mass of 700 VW Beetles driving through de la invisible –pero perceptible– gran labor de ingeniería que the rotor per second. To put it another way, if every one of the llevan detrás. Quizás el lector pueda hacerse una mejor idea 40 000 people in a large football stadium were to drive a VW de la magnitud de estas fantásticas estructuras referenciando Beetle through the rotor in one minute’s time, the mass of that

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Beetle A380 4 m 79,8 m

(1980) (1991) (2014) (¿2020?) 11 m - 30 kW 35 m - 450 kW 164 m - 8 MW 200 m - 12 MW

USS Nimitz 333 m

algunas de sus cifras características a un elemento más coti- crowd and their cars would still be smaller than the mass of air diano, como por ejemplo el VW Escarabajo o Beetle, el coche flowing through a rotor in operation in the same time. occidental más vendido de la historia, y que en la figura 21 se The design moments borne by the structure at the root of the representa a escala en el extremo de una pala de una turbina blades (Mb) or the base of the tower (Mt) (see Figure 21) due de 8 MW. to the enormous loads generated by extreme wind and wave Como medida de la energía que porta el viento puede por swells are another factor to be taken into consideration. In an ejemplo considerarse que a la máxima velocidad de viento con 8 MW wind turbine sited in waters 40 m deep in the North Sea, la que el aerogenerador sigue operando, habitualmente 25 m/s, the respective values are on the order of Mb=20-25 000 kNm la masa de aire que atraviesa el área barrida por las palas de una and Mt=750-950 000 kNm. Those numbers may mean little to máquina de 8 MW equivaldría a la de 700 VW Beetle pasando non-structural engineers, but even such readers will be familiar cada segundo. Dicho de otro modo, si a lo largo de sólo un with the way that a force loading the end of a cantilevered beam, minuto los 40 000 espectadores de un importante estadio de and with it the moment induced, increases with the length of

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futbol atravesasen el rotor montados cada uno en un Beetle, su masa seguiría siendo inferior a la del aire que en el mismo tiempo puede fluir a través de un rotor en operación. En lo que a la exigencia estructural se refiere, puede ser ilustrativo considerar por ejemplo los momentos de diseño que la estructura debe poder soportar en la raíz de pala (Mb) o en la base de la torre (Mt) (ver figura 21), y que son fruto de las enormes cargas que vientos y oleajes extremos pueden generar. En un aerogenerador de 8 MW a 40 m de profundidad en el mar del Norte, dichos momentos pueden alcanzar respectivamente valores del orden de Mb=20-25 000 KNm y Mt=750-950 000 KNm. Posiblemente, estas cifras digan poco al lector no estructuralista, pero incluso éste estará familiari- zado con el modo en que el esfuerzo que provoca una carga en el extremo de una viga en voladizo aumenta conforme Fig. 22. Acceso mediante helicóptero a un aerogenerador de 5MW. La dicha carga se aleja y genera un mayor momento o palanca mayoría de proyectos en fase de desarrollo consideran hoy máquinas de (ver figura 10.2 en capítulo X.II). Siendo así valorará mejor 7-8MW (Source: http://www.offshorewind.biz/tag/helicopter/) Fig. 22. Helicopter access to a 5-MW wind turbine, a substantially smaller las anteriores cifras si considera que para que el peso de un structure than the 7-8-MW machines presently on the drawing board VW Escarabajo situado en el extremo de una viga en voladizo (source: http://www.offshorewind.biz/tag/helicopter/) generase el mismo momento que puede experimentar la pala en su raíz, esa viga tendría que tener aproximadamente 2.5 km. the cantilever (see Figure 10.2 in chapter X.II). Applying that Para igualar el momento que la torre puede recibir en su base, principle to the above numbers, for the weight of a VW Beetle sería necesario situar el Beetle en el extremo de una viga de casi parked at the very end of a cantilevered beam to generate the 100 km de longitud. same moment as present at the root of the blade, the beam Son sólo algunas de las cifras que pueden transmitir una idea would have to be approximately 2.5 km long. To equal the del impresionante modo con el que el tamaño y potencia de los moment borne by the base of the tower, the Beetle would have aerogeneradores viene evolucionando y continuará haciéndolo to be parked at the end of a beam nearly 100 km long. en el futuro, muy particularmente para el mercado offshore. Se These are but a few of the facts and figures that illustrate wind comprueba que conforme aumenta el tamaño de la turbina, la turbine size and power and the present and future evolution producción de energía aumenta más rápido de lo que lo hacen of both, particularly on the offshore market. As turbine size los costes del conjunto de un parque, y eso es en definitiva lo increases, output rises at a higher rate than overall wind farm que impulsa ese rápido crecimiento. Un ahorro que se espera costs and that, in a nutshell, is what drives such rapid growth. no tanto en el coste por MW del propio aerogenerador, sino The savings are sought less in the cost of the turbine per MW sobre todo en el coste por MW del resto de grandes partidas que than in the cost per MW of the other major items that account (izquierda) (opposite) Fig. 21. Pasado, presente y posible futuro de los aerogeneradores marinos Fig. 21. Past, present and foreseeable future of offshore wind turbines

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conforman más del 70% del presupuesto de un parque marino, y en particular la subestructura, la instalación y el mantenimiento. Ayer se esperaba que el estándar se situase en torno a los 5 MW; hoy ese estándar se sitúa ya para los proyectos en planificación alrededor de los 8 MW. Lo que nos deparará el mañana está por ver, pero la tendencia se hace evidente. El hecho de que fabricantes de referencia como Siemens ya estén hablando públicamente de sus desarrollos para los 10 MW nos da otra pista sólida. Como también nos la da el programa H2020, que refleja y marca tendencias para la investigación y el desarrollo en Europa, y que en el año 2015 ya incluye y dota ampliamente un programa específico para la construcción de prototipos de la nueva generación de máquinas de doble dígito “1X” MW, que a nivel de concepción y diseño llevan ya tiempo cogiendo forma. El mar, que en su inabarcable amplitud no sabe de gálibos ni balanzas, proporciona como hemos visto el escenario adecuado para propiciar ese crecimiento en busca de mayores eficiencias. Al fin y al cabo, por mucho que los aerogeneradores crezcan, siempre seguirán siendo muy pequeños frente a otras estructuras que el mar acoge habitualmente desde los sectores del oil&gas, civil o naval (ver figura 23). Sin embargo, se lleva a engaño quien a la vista de lo anterior pueda razonablemente pensar que en general el tamaño en el mar no importa, pues eso dependerá decisivamente del modo en que distintas soluciones se conciban, y en particular de su nivel de dependencia de ciertos medios de instalación y de los límites de capacidad que éstos le impongan. El crecimiento actual y futuro en los aerogeneradores, pone en definitiva el foco en un aspecto esencial para las soluciones y tecnologías que deban soportar a la industria en un futuro que ya está aquí: la escalabilidad.

Fig. 23. La logística y capacidad de transporte de grandes componentes difieren en mar y en tierra. Algunos ejemplos desde los sectores civil,oil&gas o naval Fig. 23. Examples of offshore civil, oil and gas and naval industry facilities, with logistics and transport capacities vastly different from their onshore equivalents

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Esa escalabilidad de las soluciones, que es medida de su faci- for over 70 % of wind farm budgets, especially substructure, lidad y capacidad de adaptación a un mercado que tiende hacia installation and maintenance. aerogeneradores mayores y aguas más profundas, impone Yesterday’s standard capacity was around 5 MW; today that importantes retos. Retos que en particular afectan a las estruc- standard for the projects in the planning is around 8-MW. turas de soporte y a los medios de instalación que trataremos What tomorrow may bring has yet to be seen, but the trend is específicamente a continuación. obvious. That major manufacturers such as Siemens are already 3.2 Estructuras de soporte y procesos de instalación para talking publicly about developments for 10-MW machines parques offshore is a clear indication. Another can be found in the H2020 Hemos visto en la sección 2.1 (fig. 11) la creciente demanda programme, which mirrors and sets research and development que se espera en el suministro de parques offshore y la consi- trends in Europe: its 2015 edition includes and generously guiente necesidad de subestructuras y procesos de instala- endows a specific programme for building prototypes for a ción que se presten a niveles crecientes de industrialización y new generation of the double-digit or ‘1X’-MW machines the producción. Hemos visto en la sección 2.2 (fig. 16) el papel concept and design of which have been under study for some protagonista que ambos juegan en el desglose de costes de un time now. parque offshore, y por ende el papel decisivo que la mejora en The sea, with its vast, clearance- and weighing station-free su economía debe jugar en la perseguida reducción global de amplitude, constitutes the most suitable setting for such costes. Hemos visto en la sección 3 (fig. 17) la tendencia del growth in pursuit of higher efficiency. After all, no matter how mercado futuro hacia aguas más profundas y alejadas de la much wind turbines grow, they will always be small compared costa, lo que afecta poco al aerogenerador, pero mucho a la to other common marine structures built by the oil and gas, subestructura y los procesos y medios de instalación. Y hemos civil construction and naval industries (see Figure 23). visto, por último, en la sección 3.1 (figs. 20 y 21) la necesaria y clara tendencia hacia aerogeneradores cada vez más grandes That notwithstanding, the foregoing should not be inter- que demandan estructuras de soporte y medios o procesos de preted, as it might reasonably be, to mean that size doesn’t instalación más capaces y escalables. matter at sea. Rather, the limit will ultimately be contingent upon how the many challenges in place are broached and in Todo ello pone el foco en las soluciones para las subestruc- particular their dependence on certain installation resources turas y los procesos de instalación, que deberán proporcionar and the constraints on capacity that such resources impose. una sólida -y económica- base para el esperado desarrollo de Current and future wind turbine growth ultimately focuses our un mercado cuya tendencia cada vez les exige más. attention on one essential characteristic of the solutions and 3.2.1 Estado del arte y experiencia technologies that will be needed for the industry in an already- visible future: scalability. La figura 24-a muestra la tipología y número de cimentaciones para aerogeneradores offshore instaladas a final de 2014 en Scalability, which is a measure of how well solutions adapt to Europa. La misma figura muestra representaciones de las tres a market that is heading toward larger wind turbines in deeper tipologías que destacan como las más empleadas hasta la fecha: waters, poses substantial challenges that have a particularly cimentaciones de gravedad, monopilotes y celosías o jackets. heavy impact on support structures and installation means, De entre ellas, el monopilote predomina claramente, habiendo items specifically addressed below.

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sido la opción escogida en casi un 80% de los casos hasta hoy. 3.2 Offshore support structures and installation processes La solución de gravedad le sigue con algo más del 10% de los Section 2.1 (Fig. 11) discusses the expected growth in demand casos, mientras que la cuota de utilización de los jackets se sitúa for offshore wind farm-generated electric power, which to be hoy en el entorno del 5%. met will call for increasingly industrialised substructures and Se han empleado otras soluciones en Europa, como el trípode installation processes to ensure higher productivity. (ver fig. 24) o la tripila, que son tipologías alternativas de estruc- The large share of offshore farm costs accounted for by turas metálicas espaciales que se cimientan sobre tres pilotes these two items and consequently their instrumental role in para profundidades medias y altas. En Asía se han empleado improving the economics, i.e., in reducing the cost, of these profusamente también encepados elevados de pilotes múlti- facilities, are addressed in section 2.2 (Fig. 16). ples (high rise pile cap), si bien su uso se restringe a parques de Section 3 (Fig. 17), in turn, shows that while the market trend muy baja profundidad, por debajo en general de los 8 m. Otras to locate wind farms in deeper waters at a greater distance from tipologías se están desarrollando, entre las que cabe destacar the coast barely affects the turbine per se, it has a heavy impact soluciones como el suction bucket o el twisted jacket, que se han on substructures and installation processes and equipment. empleado con éxito como cimentaciones de torres meteoro- Lastly, section 3.1 (Figs 20 and 21) describes the clear and lógicas a modo de pruebas piloto. En todo caso, repasar todo necessary move toward ever larger wind turbines that call for el panorama de soluciones existentes o en desarrollo excede el sturdier, scalable support structures and installation equipment alcance del presente escrito, que al presentar el estado del arte or processes. se centrará en adelante en las tres tipologías principales que Taken together, the above circumstances put the spotlight han dominado el mercado hasta hoy y es de prever que conti- on the solutions for substructures and installation processes, núen haciéndolo en adelante. which will be key for the expected development of the market. Varios de los parques de primera generación, incluyendo el primer y pionero parque de Vindeby (1991) o el primer gran parque 3.2.1 State of the art and experience comercial con turbinas multimegawatio en Middelgrunden Figure 24a shows the typology and number of offshore wind (2000), se instalaron sobre cimentaciones de gravedad, que turbine foundations that were in place in Europe at year-end siguen hoy operativas y han un tenido un comportamiento 2014. Figure 3.2.1.1(b) depicts the three most common typo- muy satisfactorio haciendo gala de su natural robustez. Son logies used to date: gravity, monopiles and jackets. Monopile estructuras masivas de hormigón, convencionales en múltiples foundations, clearly the option of choice, are in use in nearly sectores, que garantizan la estabilidad de torre y aerogenerador 80 % of the existing facilities. They are followed by gravity, merced a su propio peso y al del lastre con el que acostumbran deployed in 10 % and by jackets, in 5 %. a rellenarse. Para ello requieren una suficiente dimensión en Other solutions have also been used in Europe, such as tripods planta, que a su vez les permite repartir adecuadamente la carga and tripiles, alternative spatial steel structures for medium to en el terreno como cualquier otra cimentación superficial. deep depths that rest on three piles. In Asia high-rise pile caps Pocos años después, se introdujo la solución del monopilote, have also been used profusely, although they are confined to empleada por primera vez en el parque de Lely (1994) y ya a wind farms at depths of a mere 8 m or less. Other typolo- gran escala con aerogeneradores multimegawatio en el parque gies under development include suction buckets and twisted de Horns Rev (2002). La tipología consiste en un sencillo jackets, successfully tested in pilot foundations for wet masts.

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pilote metálico de gran dimensión, con un diámetro análogo As this chapter addresses the state of the art, however, a full al de la propia torre a la que da continuidad. El monopilote review of all the solutions currently in place or under develop- se hinca varias decenas de metros en el fondo marino y en la ment lies outside its scope, which revolves around the three solución más habitual se le añade en cabeza una importante predominant typologies that may be expected to continue to pieza de transición a través de la cual queda unido a la base de prevail on the market in the years ahead. la torre. En esencia el monopilote resiste las cargas de viento y Several of the first-generation farms, including the pioneer oleaje reaccionando horizontalmente contra el terreno. Se trata Vindeby facility (1991) and Middelgrunden (2000), the first por tanto de un pilote singular no sólo por su tamaño, sino large-scale commercial farm with multi-megawatt turbines, también por su funcionamiento, que difiere esencialmente del were installed on gravity foundations that are still performing de los pilotes convencionales habitualmente usados en otras well and have exhibited very satisfactory durability, fruit of innumerables aplicaciones offshore, concebidos para resistir their natural robustness. These massive concrete structures, a cargas predominantemente verticales. conventional solution used in many fields, ensure tower and Por su sencillez constructiva, geometría compacta de fácil wind turbine stability on the grounds of their self-weight and transporte y similitud tipológica con la propia torre a la que da the weight of the ballast with which they are normally filled. soporte, el monopilote se convirtió rápidamente en la solución Their plan view dimensions must suffice to suitably transfer más habitual, en particular conforme los parques tendieron loads to the seabed, as in any other shallow foundations. a situarse a profundidades de más de 15-20 m, para los que

78,8% - 2.301. Monopilotes / Monopiles 10,4% - 303. De gravedad / Gravity 4,7% - 137. Jacket / Jacket 4,1% - 120. Trípodes / Tripods 1,9% - 55. Tripilas / Tripiles 0,1% - 2. Experimental / Experimental 0,1% - 2. Flotante / Floating

Fig. 24. (a) Cuota de utilización de las distintas tipologías de cimentación Fig. 24. (a): Foundation typologies in place at year-end 2014 (source: a finales de 2014 (Fuente: EWEA); (b) Representación de las 3 tipologías EWEA); (b) three most prevalent typologies in the past and possibly the predominantes en el pasado y posiblemente en el futuro: gravity base, future: gravity, monopile and jacket monopile y jacket.

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la alternativa de gravedad suponía unos pesos y dimensiones Monopile foundations were introduced somewhat later and de más difícil manejo para las costosas grúas marinas que se used for the first time at the Lely farm (1994) and on a large venían empleando para su instalación. No tardó en imponerse scale with multi-megawatt wind turbines at Horns Rev (2002). como la tipología de referencia y como hemos visto el mono- These foundations consist in a single, very large diameter pilote sigue a día de hoy siendo la solución hegemónica en el steel pile similar in size to the tower it supports. Monopiles sector de la eólica marina. are driven several tens of metres into the seabed and most Sin embargo, el propio funcionamiento resistente del mono- commonly attached to the base of the tower by means of a pilote, que como el de la torre no es otro que el de un tubo heavy transition piece. They are unique not only for their size, empotrado en su base trabajando a flexión, anticipaba inevi- but also for how they work, for unlike the piles conventio- tables límites en sus rangos de utilización eficiente, tanto a nally deployed in many other offshore applications, which are efectos de profundidad como de tamaño de aerogenerador. designed to bear predominantly vertical loads, they resist the Limites no sólo ligados a la capacidad resistente sino también loads induced by the wind and wave swells by reacting horizon- muy particularmente a su comportamiento dinámico. En tally against the seabed. efecto, su natural flexibilidad se acrecienta conforme la masa In light of their ease of construction, readily loaded-out del aerogenerador es mayor, y sobre todo conforme aumenta compact geometry and typological similarity to the tower they la altura total de torre y monopilote, al hacerse más alta la support, monopile foundations fast became the most wide- primera y más profundo el segundo. Ello se traduce en una spread solution. Especially in farms located at depths of over frecuencia natural del conjunto muy baja, con la que se corre 15-20 m where the gravity option entails weights and dimen- el riesgo de generar indeseables amplificaciones dinámicas sions harder to accommodate due to the costly offshore cranes por resonancia, asociadas a una excesiva proximidad de dicha required. They continue to prevail today. frecuencia natural a las frecuencias de giro del rotor o a los Nonetheless, given the resistance mechanism involved, mono- rangos de frecuencia más o menos habituales del oleaje. De lo piles (which like the tower are merely tubes restrained at a anterior resulta que el diámetro y masa del monopilote deben base subject to bending moments) were and are seen to be crecer exponencialmente conforme aumentan la profundidad inescapably subject to limits in connection with water depths y la potencia del aerogenerador, y con ello también su coste y and turbine size. These constraints are associated not only dificultad para la fabricación y ante todo la instalación. with bearing capacity, but also and especially with dynamic La primera década del siglo vio algunas nuevas y exitosas behaviour. The natural flexibility of these structures grows aplicaciones de cimentaciones de gravedad como las de los with wind turbine mass and especially with total tower height parques de Nysted (2003), Lillgrund (2006) o Rodsand (2008). and monopile depth. That translates into a very low natural En todo caso, el monopilote se fue convirtiendo cada vez más frequency and the concomitant risk of undesirable resonance- en el estándar del sector, monopolizando la mayor parte del induced dynamic amplifications attendant upon excessive mercado de las cimentaciones para eólica marina. Sin embargo, proximity to the natural frequency or frequencies of a rotating la proximidad de su umbral de aplicabilidad eficiente se tenía rotor or the usual ranges of wave frequency. It follows from muy presente en el sector conforme la profundidad de los the foregoing that monopile diameter and mass must grow parques y el tamaño de los aerogeneradores aumentaban exponentially with increased depth and wind turbine capacity, progresivamente. a circumstance with cost implications as well as fabrication and

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La práctica totalidad de estudios y publicaciones especializadas especially installation complications. en aquellos años situaba el límite de aplicabilidad del monopi- Although the first decade of this century witnessed new and lote en el entorno de los 25 m o a lo sumo 30 m de profun- successful applications of gravity foundations such as in the didad y máquinas de no más de 5 MW. Por ello, se trabajó farms at Nysted (2003), Lillgrund (2006) and Rodsand (2008), intensamente en el desarrollo de soluciones que pudiesen monopiles steadily became the industry standard, cornering llenar el vacío que se preveía que el monopilote dejaría más most of the offshore wind foundation market. Nonetheless, allá de los 25-30 m de profundidad. Entre dichas soluciones se as farm depth and turbine size grew, the proximity of their contaban diversos desarrollos de cimentaciones autoflotantes efficient applicability threshold became an issue that was not de gravedad, y distintas tipologías de jackets, como soluciones lost on the industry. ambas amplia y satisfactoriamente usadas en otros sectores y Nearly all the specialised studies and publications dating from en particular en el oil&gas, lo que las convertía en la opción that decade set the applicability limit for monopiles at depths natural para la siguiente generación de parques más profundos of around 25-30 m and a wind turbine size of 5 MW. For that y máquinas más pesadas. reason, solutions were actively sought to fill the gap that was Así, los jackets vieron su primera aplicación en la eólica marina expected to arise once the 25-30 m depth limit was exceeded. a final de dicha década, en parques como Beatrice o el primer The solutions developed included several types of self-buoyant parque alemán de Alpha Ventus (2009). Conceptualmente gravity foundations and a number of jackets. Both had been claras, estas celosías emplean tubos metálicos y pueden adoptar widely and satisfactorily used in other industries, especially oil diversas formas aunque hasta la fecha han sido casi siempre de and gas, making them a logical option for the new generation 4 patas de suave inclinación. En general apoyan en el fondo of wind farms sited in deeper waters and fitted with heavier a través de otros tantos pilotes hincados convencionales machines. de reducido diámetro y que, al contrario que el monopilote, Jackets were first applied to offshore wind toward the end of reciben fundamentalmente carga vertical. that decade in farms such as Beatrice and Germany’s first-ever Sin embargo, y contra el pronóstico generalizado, los últimos farm, Alpha Ventus (2009). These conceptually simple lattices años han demostrado que ese umbral de aplicabilidad de las use steel tubes and can adopt any number of shapes, although cimentaciones con monopilote podía llevarse bastante más to date they have nearly always consisted in four gently slanted allá de lo que el sector en general venía anticipando. Habiendo legs. They generally rest on conventional small diameter piles dominado la primera década larga de desarrollo comercial de driven into the seabed which, unlike monopiles, receive predo- la eólica marina, la industria se ha habituado al monopilote en minantly vertical loads. sus procesos, suministros, medios y operaciones, y se aferra a Contrary to the general assumption, however, the applicability una solución que percibe todavía como la más controlada y threshold for monopile foundations has proven to be estandarizada en el sector, tratando de estirar su aplicabilidad substantially higher than initially anticipated. After applying en parques más profundos con aerogeneradores más potentes. monopiles during its first decade-plus of commercial offshore Además, el propio volumen generado en lo que va de siglo ha wind development, the industry has become accustomed impulsado la capacidad de una cadena de suministro ya muy to the processes, supply chain, equipment and operations posicionada en el sector. Ello ha dado lugar al nacimiento de involved. As a result, it clings to what is still perceived as the la siguiente generación de monopilotes, llamados XL o XXL, standard, best controlled approach, attempting to stretch its

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Masa (t) applicability to farms in deeper waters with more powerful Mass (t) wind turbines. In addition, with the volume generated since

1.000 the turn of the century, the industry’s supply chain has been 900 strengthened and its position consolidated. That has given rise 800 to the next generation of so-called XL or XXL monopiles, 700 whose technical viability for wind farms in 25-40-m waters and 600 unit capacities of around 6 MW is now acknowledged. 500 The foundations in future farms at low and medium depths 400 of under 25-30 m may, then, be expected to continue to be 300 200 practically monopolised by this type of foundations. At deeper 100 depths, which in the years to come will account for most of the 0 market, the demand for foundations will more than likely be 1990 1995 2000 2005 2010 2015 met primarily by three aspiring typologies: self-buoyant gravity, jacket and ‘XL’ or heavy-duty monopile foundations.

(2008) This review of the advantages and drawbacks of the three (2002) Lynn and Inner (2012) (2014) (2015) prevalent typologies could hardly begin without drawing a Horns Rev 1 Dowsing London Array Baltic 2 Gode Wind II L = 34 m L = 45 m L = 68 m L = 73,5 m L = 80 m distinction that must not be overlooked. Gravity and jacket φ = 4 m φ = 4.7 m φ = 5.7 m φ = 6.5 m φ = 8.5 m foundations are multi-purpose solutions that have been used on countless occasions in many industries. In contrast, large- scale monopiles are a solution developed and implemented nearly exclusively for offshore wind and hence are a relative 10 m newcomer to the field. 20 m The conservativism with which offshore wind has at times 30 m been branded would therefore appear to be unjustified, given the steep growth curve for monopile technology illustrated in 40 m Figure 25, for which the wind industry may take sole merit. The 50 m mass of the XXL monopiles under study for farms at depths 60 m of >40 m that host >6-MW machines would set an absolute

70 m world record, exceeding the 900-t record, also presently held by offshore wind at the Gode Wind Farm, by nearly 25 %. 80 m That current record, in turn, doubles the mass of the largest 90 m structures in place just 5 years ago. The XXL monopiles planned for farms with depths of over 40 m nearly quadruple the mass of the largest monopile that has been in use in wind Fig. 25. Evolución exponencial y veloz en el tamaño de los monopilotes or any other application for the last 10 years. The circum- Fig. 25. Exponential growth in monopile size stances surrounding jackets or gravity foundations are the the

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cuya viabilidad técnica para parques en el entorno de los OTROS SECTORES EÓLICA MARINA 35-40 m y 6 MW de potencia unitaria se da ya por demostrada. OTHER SECTORS OFFSHORE WIND En el futuro, en lo que a sistemas de cimentación se refiere, parques a profundidades bajas y medias de menos de 25-30 m es de esperar que sigan prácticamente monopolizados por los monopilotes. Para profundidades más elevadas, que supondrán en adelante una cuota mayoritaria del mercado, cabe esperar que el mercado esté en el futuro cubierto en su muy mayor parte por tres aspirantes en lo que a tipología se refiere: cimentaciones de gravedad autoflotantes, jackets, y el monopilote que crece para dar el salto a la categoría de pesos pesados en su versión “XL”. Al explorar estas tres tipologías predominantes, con sus ventajas y desventajas, conviene quizás establecer una distin- ción previa que no debe pasar desapercibida. Por un lado, las cimentaciones de gravedad y los jackets son soluciones generalistas, que se han empleado en infinidad de ocasiones en GRAVITY BASE otros múltiples sectores. Por otro lado y en contraposición, el monopilote de gran dimensión es una solución cuyo desarrollo y crecimiento viene impulsado prácticamente en exclusiva por la eólica marina y data por tanto de pocos años atrás. De hecho, no parece justificado tildar al sector de la eólica marina de conservador como en ocasiones se hace si se considera la tan rápida e intrépida curva de evolución y crecimiento en la tecnología del monopilote que el sector eólico impulsa en solitario, y que se ilustra en la figura 24. Los monopilotes XXL que se están considerando para los parques a 40 m+ y máquinas de 6 MW+ supondrán un record del mundo absoluto con una masa que excederá en cerca de un 25% al actual record mundial, establecido por la eólica marina en el parque de Gode Wind, cuyos monopiles pesaban más de 900 tn. Pero

(derecha / right) Fig. 26. Comparativa, para las tres tipologías principales de cimentación, entre la aplicación en eólica marina y la más grande aplicación en otros sectores. Fig. 26. Comparison between offshore wind structures and the largest structures in other industries for each of the three main foundation typologies JACKET

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es que además dicho record actual, ya dobla en masa al que absolute opposite, for the size of the members used in farms era el record del mundo sólo 5 años antes. Los monopilotes beyond 40-m deep waters are almost ‘miniatures’ compared XXL previstos para parques a más de 40 m de profundidad to the much larger scale use in other facilities (see Figure 26), casi cuadriplicarán la masa del mayor monopilote que haya where they have a track record of satisfactory performance in estado en funcionamiento en eólica o cualquier otra aplicación demanding ocean environments. al menos 10 años. Es, en ese sentido, una situación diametral- That being the case, this author is still puzzled about why the mente opuesta a la que se da con los jackets o las cimenta- offshore wind industry often deems monopiles to have a lower ciones de gravedad, cuyas aplicaciones para un parque a 40 m risk profile than other types of foundations. While perhaps de profundidad casi pueden parecer un juguete si se comparan a reasonable stance if the young wind industry is viewed in con las mayores aplicaciones que las anteceden (ver fig. 26), y isolation, it is much less so when it is set against the backdrop que acumulan ya muchas décadas de satisfactorio comporta- of the more experienced world of offshore construction as a miento y operación en el exigente océano. whole. A la vista de ello, sigue suponiendo un cierto misterio para In light of the foregoing, the doubts raised around jacket or quien esto escribe el que en el sector eólico se asocie con gravity solutions for offshore wind may have little to do with frecuencia al monopilote a un menor perfil de riesgo entre their capacity or service performance, satisfactorily verified by las soluciones de cimentación, lo que resulte quizás explicable a long history of success. Rather, they concern the suitability para quien observe sólo al joven sector eólico, pero más difícil- of these approaches for the industrialised construction and mente para quien considere el mucho mayor y veterano mundo installation of a whole series of identical units in a short period de la construcción marina y offshore en toda su amplitud. of time, the key characteristic of offshore wind that is seldom Puede entenderse a la vista de lo anterior que las dudas que present in other offshore industries. puedan rodear a las soluciones en jacket o en gravedad para la eólica marina poco tienen que ver con su capacidad y compor- The Table 1 provides a qualitative summary of the main advan- tamiento en servicio, satisfactoriamente contrastados por una tages and drawbacks to the three solutions. amplísima experiencia previa. Las dudas se concentran más en The basic strengths of monopile foundations, namely their su idoneidad para la construcción e instalación industrializada relatively low cost and the experience acquired in the wind de muchas unidades en cortos periodos de tiempo, que es una industry, are rather less indisputable where the XXL variety is característica clave de la eólica marina poco habitual en otros concerned, for their bold, unprecedented scale raises questions sectores. not only about performance but also about the availability of En lo que se refiere a las principales ventajas y desventajas de una installation resources, as discussed below. u otra solución, la Tabla 1 resume de forma cualitativa algunas Gravity foundations, based on lower cost concrete structures, de las principales. Los monopilotes presentan como principal e are generally agreed to constitute a robust solution and to importante aval su economía y amplia experiencia acumulada deliver reliable service, as attested to by their performance in en el sector eólico, si bien ambas cualidades requerirían cuanto offshore wind since the outset, as well as in any other area of menos matizarse cuando se da el salto a monopiles XXL, en un marine construction. As they are prized for their heavy weight, escalado no soportado por precedentes que es audaz en cuanto their application in medium and deep depths will surely call for a comportamiento, y más aún en lo que se refiere a la disponibi- self-buoyant and towable solutions. Given that these materials lidad de medios de instalación como luego veremos. are readily adapted to floating, it makes little sense to base their

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Las cimentaciones de gravedad, basadas en estructuras de load-out and installation on costly and scarce heavy lift offshore hormigón de menor coste, están en general aceptadas como cranes, when Archimedes offers to do the work free of charge. una solución robusta y fiable en operación, lo que han demos- The offshore wind industry, whose hundreds of gravity foun- trado tanto desde el mismo origen en eólica offshore como en dations built to date have been installed with offshore cranes, cualquier otro sector de la construcción marina. Siendo su is a clear and striking exception in the overall sea-side cons- elevado peso precisamente un atributo perseguido, la aplica- truction scenario. In nearly all other industries, gravity founda- ción a profundidades medias y altas pasará sin duda por solutions have usually been based on floating solutions, which have ciones autoflotantes y remolcables. Son tipologías que pueden the additional advantage of being water-storable, eluding the adecuarse fácilmente a la flotación, por lo que no tiene mucho need for scant and hence expensive in-harbour storage space. sentido basar su transporte e instalación en grandes grúas Their maintenance-free durability and suitability for use on marinas de elevado coste y reducida disponibilidad, cuando rocky seabeds, which have such adverse effects on jacket and Arquímedes se presta a hacer ese trabajo sin pasar por caja. monopile sinking, are other desirable features. En ese sentido, el sector eólico en el que los varios centenares One of their major drawbacks is the possible need to prepare de cimentaciones de gravedad empleadas hasta la fecha se the seabed; the existence, definition and cost of that need han instalado con grúas marinas supone una clara y llamativa depend on each individual case. While this does not as a rule excepción en el panorama global de la construcción marina. pose problems of viability, it may involve substantial offshore En la práctica totalidad de otros diversos sectores, el empleo resources and affect the pace of installation. Possible doubts de estructuras de gravedad se ha basado más habitualmente en about the cost-effectiveness of installation procedures based soluciones autoflotantes, que además presentan la ventaja de on towing and ballasting to anchor the foundations to the sea que pueden acopiarse en mojado o a flote, evitando acopios en floor are also delaying the market penetration of this type of tierra que son grandes consumidores de un espacio portuario

TABLA 1 / TABLE 1 Pros y contras de las principales soluciones técnicas de cimentación Qualitative pros and cons of the main state-of-the-art foundation solutions

operating performance installation fabrication large solution variants cost scalability large experience scalability soil leve- land suitability experience dura large supply local (struc- (dependance noise lling or usage on for indus- bility other chain content wind other tural) wind on heavy lift) prep. harbour trialization otros

low-depth. √ √√ √√ ~ √√ Monopile X ~ ~ X X √ ~ √ ~ xxl-monopile ~ ~ ~ X ~

crane-based ~ √ X X Gravity base √ √√ √√ √ √√ √√ X √ ~ (√) √√ self-buoyant √ X √√ √

w/piles ~ ~ √√ √ √√ X Jackets √√ ~ X ~ ~ X ~ ~ suction caissons ~ X √ ~ √ √√ √√ very good √ good ~ not so good X bad

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escaso y por tanto costoso. Su durabilidad libre de manteni- solutions, since prior experience in offshore wind is confined miento, o su idoneidad para emplearse sobre terrenos rocosos to a successful but short number of gravity foundations –que penalizan tremendamente las necesarias hincas de jackets installed for weather masts. Since this practice is very wide- o monopiles– son algunas otras cualidades destacables. spread in other offshore construction industries, however, Entre sus principales desventajas, el posible requisito de una these doubts will in all likelihood be quickly dispelled, driven preparación de fondo cuya necesidad, definición y coste depen- by the lower cost of such solutions. derá de cada caso, y que aunque no plantee en general dudas de Although muchless used in offshore wind, jacket solutions go viabilidad, sí puede involucrar medios marinos de importancia generally unquestioned in terms of their capacity and structural y afectar a los ritmos de instalación. Las posibles dudas sobre suitability to bear larger machines at greater depths, as they, la eficacia y rendimiento de los procedimientos de instalación like gravity foundations, are endorsed by their excellent track basados en el remolque y el lastrado hasta su apoyo en fondo record in other industries. Their drawbacks include the need también está retrasando la entrada en el mercado de este tipo de for multiple connections with a concomitantly high cost per soluciones, al limitarse la experiencia previa en el sector eólico a kg of structure, the paucity of suppliers of the scale necessary las exitosas pero escasas instalaciones de distintas cimentaciones to produce jackets for large farms and the complex logistics de gravedad para torres de medición. Se trata sin embargo de and storage involved in handling large numbers of such huge procedimientos muy habituales y ampliamente empleados structures. en otros sectores de la construcción offshore, con lo que es de One of the key characteristics for assessing the suitability and esperar que dichas dudas puedan disiparse con rapidez bajo el potential of these solutions is the degree to which the respective empuje de la mayor economía de este tipo de soluciones. production processes can be industrialised. This is an imperative Aunque mucho menos empleadas en el sector eólico, las solu- for capitalising on a unique feature of wind farms, whose cons- ciones tipo jacket arrojan pocas dudas sobre su adecuada capa- truction involves erecting a substantial number of practically cidad e idoneidad estructural para soportar mayores máquinas identical units. One of the main advantages of monopiles over a más profundidad, estando al igual que las cimentaciones jackets, to compare the two steel structure options, is its readier de gravedad avaladas por una muy amplia y positiva expe- repeatability. Conventional cast-in-place concrete solutions are riencia fuera de la eólica. Entre sus desventajas, su elevado also less prone to industrialised production, although that may uso de material elaborado, con profusión de uniones, lo que be countered (see Figure 26) by deploying precasting tech- eleva considerablemente el coste medio por kg de estructura, niques, which are highly cost-efficient when a certain number la escasez de suministradores capaces de producir los jackets of identical elements are needed. de una gran parque con los rendimientos necesarios, y los Perhaps the most crucial of all the features and characteristics complejos requerimientos logísticos y de acopio de la produc- of the three solutions discussed here, however, is installation ción en grandes números de tan enormes estructuras. and associated processes. Wind farm installation on the high Sin duda un aspecto clave para evaluar la idoneidad y poten- seas and the resources entailed may be the area on which cial de una u otra solución tendrá que ver con su capacidad project risk management is most focused. It is, moreover, the para la industrialización de los procesos productivos; se area that governs and limits solution scalability in terms of trata de un requisito decisivo para sacar partido a la singular both depth and rated capacity. y valiosa oportunidad que ofrece el sector eólico, con su tan

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amplia repetición de unidades prácticamente iguales. En ello 3.2.2 Installation of offshore wind farms. Major challenges radica una de las principales ventajas que, entre las opciones de and brief introduction to ELISA technology estructura metálica, se atribuye a los monopilotes en compa- Installation ways and means are absolutely instrumental to the ración con los jackets. También las soluciones más convencio- suitability, economy, risk and scalability of the construction of nales de hormigón in-situ se prestan menos a una producción any offshore wind farm. industrializada, si bien la situación puede invertirse (ver fig. 26) The one characteristic shared by the works performed to install si se involucran convenientemente técnicas de prefabricación, the over 3 000 wind turbine foundations and towers in place muy efectivas y económicas cuando un cierto elemento debe in the world today is the use of huge offshore heavy-lift equip- producirse repetidamente. ment. In light of their key role in installation, it is not unusual Pero entre todos estos importantes factores y características de for bottlenecks to form around their availability, conditioning una u otra solución, hay un aspecto que posiblemente destaque the logistics and governing the cost and risk of farm cons- por encima del resto por su crítica relevancia: los procesos truction. Those factors, in turn, weaken the industry’s ability to de instalación. La instalación de los parques en alta mar y los implement the new paradigm on the horizon: larger turbines medios que involucra son el factor que posiblemente más in deeper waters. afecte a la gestión de riesgos del proyecto, y es a día de hoy This equipment is categorised under two main headings: el que más gobierna y limita la escalabilidad de las soluciones huge floating cranes (Figs 27 a) and b)) and jack-up vessels tanto en profundidad como en potencia nominal. (Figs 27 c) and d)) whose hulls lifted entirely out of the water 3.2.2 Procesos de instalación de parques eólicos marinos. and rest on immense semi-submersible legs anchored on the Principales retos y breve presentación de la tecnología ELISA seabed. The former are characterised by their high cost and Los procesos y medios de instalación son un aspecto absolu- hoisting capacity, although as they are seldom fit for efficiently tamente decisivo en la idoneidad, economía, riesgo y escalabi- carrying more than one unit from port at a time, they are more lidad de cualquier solución que pueda plantearse para la cons- commonly used for on-site installation. Many can only be trucción de parques eólicos marinos. operated in fair weather. Hasta la fecha, la instalación de todas y cada una de las más Jack-up vessels, which are larger, tend to be designed to carry de 3 000 cimentaciones, torres o aerogeneradores marinos que more units and once their fixed platform is raised out of the operan en el mundo ha tenido siempre un elemento en común: water, assembly is efficient because it is not contingent upon the el uso de grandes medios marinos de heavy-lift. El protagonismo conditions at sea. They nonetheless also depend on sufficiently de estos impresionantes medios es muy acentuado, hasta el good weather to conduct the sensitive jack-up operation, which punto de convertirse en no pocas ocasiones en un cuello de must be repeated at least twice at each position. Moreover, botella que por un lado condiciona la logística y gobierna los as a rule they have more restrictive loading constraints and costes y riesgos de la construcción de parques, y por otro limita (obviously) shallower maximum working depths than floating la capacidad de la industria ante el nuevo paradigma hacia el cranes. que el sector se dirige: máquinas más grandes en aguas más As the origin of many of these resources lies in the oil and gas profundas. industry, they are designed for one-off installation operations Básicamente dichos medios se agrupan en dos categorias: las that can normally be scheduled to concur with favourable sea grandes grúas flotantes (ver fig. 27 a y b) y los barcos jack-up conditions. Consequently, the wind and wave limits to which

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(ver fig. 27 c y d), equipados con grandes patas descendibles many are subject may be overly restrictive for offshore wind, in que permiten apoyar en el fondo marino para elevar fuera del which the installation of hundreds of components cannot be agua todo el casco de la embarcación. Los primeros se carac- postponed in the hope of better weather. These circumstances terizan por su gran coste y capacidad de elevación, aunque son are aggravated by the economics of these rigs, charged for by en muchos casos embarcaciones no hábiles para el transporte day of installation, whether or not meteorology or site delays eficiente de múltiples unidades desde puerto, por lo que su uso prevent them from operating. As noted in section 2.2, those se dirige más habitualmente a la propia instalación en el parque. terms have entailed substantial cost overruns in more than a Muchos de ellos exigen para operar condiciones meteoroló- few farms. The unit price for this equipment is measured in gicas benignas. hundreds of thousands of euros per day. Los mayores barcos Jack-up sí acostumbran a estar mejor The foregoing has led to the construction of jack-up vessels preparados para el transporte de más unidades, y una vez specifically designed for offshore wind, able to carry more elevados consiguen independizarse en gran medida de las (usually from five to eight) units, sail at higher speeds, hoist condiciones del mar, trabajando desde una plataforma fija con heavier loads, rest at greater depths and perform jack-up muy buenos rendimientos de montaje. Sin embargo, siguen operations with waves measuring 2 metres or more. These dependiendo de una meteorología suficientemente favorable conditions are a significant improvement over the limits to para llevar a cabo la delicada operación de jack-up, a repetir al which standard oil and gas industry equipment is subject. menos dos veces en cada posición; además, sus limitaciones Very few such specific, high performance rigs are available, de carga y obviamente de máxima profundidad de trabajo son however. Furthermore, despite the improvement in their habitualmente más restrictivas que las de las grúas flotantes. features, they still decisively constrain the growing trend Muchos de dichos medios provienen del sector del oil&gas y to build larger wind turbines in deeper waters. By way of han sido por tanto concebidos sobre todo para operaciones example, one of the highest capacity, latest generation vessels, puntuales de instalación, que como tales pueden habitualmente the MPI Discovery (Fig. 28), is unable to operate at depths of programarse en buenas condiciones de mar; en consecuencia, over 40 m, rendering it unfit for many future farms. Equally los límites de viento y oleaje que muchos de ellos exigen para illustrative is the fact that Vestas and DNVGL have both

Fig. 27. Hasta la fecha, todos los aerogeneradores operando en el fondo Fig. 27. Dependence of offshore wind farm installation on heavy-lift equi- marino han dependido para su instalación de los grandes medios marinos pment: installation of gravity (a) and jacket (b) foundations with a floating heavy-lift. Instalación de cimentaciones de gravedad (a) o jacket (b) crane: installation of a monopile (c) and a wind turbine (d) with a jack-up mediante grúa flotante. Instalación de un monopilote (c) o aerogenerador vessel (d) mediante barco jack-up

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trabajar pueden ser demasiado restrictivos para la eólica marina, reported that in 2015 Europe had only three or at most four que requiere periodos continuados de instalación de centenares vessels able to install an 8-MW wind farm at medium depths, de componentes, que no pueden esperar a las mejores condi- while other countries with a long seafaring tradition such as ciones meteorológicas. Más aún considerando que el día que Japan have none at all. uno de estos medios no trabaja, por meteorología o cualquier The graph in Figure 28 shows the pace at which specific otra problemática o retraso, lo cobra igual, lo que como se ha vessels would have to be built to meet farm installation needs comentado en la sección 2.2 ha supuesto en no pocos parques in Europe through 2020. Such shipbuilding is not progressing relevantes sobrecostes. La unidad en la que se mide el coste de at the rate required, however. Each such barge entails an invest- estos medios es la de centenares de miles de euros al día. ment upward of 100 million euros. To assume that outlay, ship Lo anterior ha llevado al diseño y construcción de algunos owners need a market with high and certain medium- and long- barcos jack-up específicamente concebidos para la eólicaoffshore , term volumes. Offshore wind promises but cannot guarantee capaces de cargar más unidades (entre 5 y 8 habitualmente), such a market today, given its current dependence on govern- navegar a más velocidad, izar mayores cargas y apoyarse más ment support. profundo, pudiendo llevar a cabo la operación de jack-up con The outcome is that, in its trend toward the imperative of olas de 2 m o incluso algo más, significativamente por encima more powerful wind turbines in deeper waters, the market de los límites habituales en los Jack-ups del sector del oil&gas. faces heavy and restrictive dependence on a scant supply of Sin embargo, estos medios específicos y más capaces son muy installation resources. The resulting oligopoly hinders the escasos. Y además, a pesar de sus mejoradas capacidades y pres- healthy competition afforded by a broader supply chain that taciones, siguen imponiendo decisivas restricciones en la cada is indispensable to lower costs. This is indisputably one of the vez más acentuada tendencia hacia aerogeneradores mayores major challenges facing the offshore wind industry today and y parques en aguas más profundas. A modo de ejemplo, uno the one which may well curb the desirable trend toward wind de los más capaces barcos de última generación, el Discovery turbine scalability and rapid growth in installed capacity. de MPI (ver fig. 28 a) no puede trabajar a profundidades de It is likewise one of the elements that has driven the develop- más de 40 m, lo que lo invalida para muchos parques futuros. ment of floating gravity foundations, whose non-dependence Igualmente ilustrativo resulta por ejemplo que representantes on such equipment affords an enormous advantage, not only de Vestas o dnvgl coincidan al afirmar que, en el año 2015, economically and logistically speaking, but also in terms of the sólo existen en Europa tres o a lo sumo cuatro barcos capaces scalability of construction resources (Table 1). With weights de instalar un aerogenerador de 8 MW incluso a profundidades upward of 1 000 t, the other two candidates (jackets and XXL medias, y que en otros países avanzados con enorme tradición monopiles) exceed the capacity of many offshore heavy-lift marina como Japón, sencillamente no existe ninguno. rigs. While floating gravity foundations free the first stage La figura 28 muestra el ritmo de construcción de barcos espe- of farm construction from its dependence on huge offshore cíficos que harían falta para instalar los parques previstos en equipment, they are only a partial solution to the problem, Europa hasta 2020. La construcción de nuevos barcos no está inasmuch as the second stage, i.e., tower and nacelle assembly, sin embargo avanzando con la velocidad que sería necesaria. continues to depend mightily on these resources. Cada uno de estos magníficos medios supone una inversión Aware of the challenge towards which the industry is moving, que en general supera holgadamente los 100 millones de euros, over the last 5 years Esteyco has developed and patented its

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y para asumirla los armadores requieren un mercado de gran volumen y seguridad a medio y largo plazo. Mercado que la Until 2012 2012 - 2016 2016 Onwards Toda la instalación en Instalación en aguas Instalación en aguas eólica marina augura prometedoramente pero no puede garan- aguas poco profundas poco y medio profundas medio profundas 40 All installation Installation in shallow y profundas tizar, en la medida en que es hoy todavía dependiente del in shallow water and medium water Installation in medium soporte político. and deep water

umber of vessels 33 El resultado de todo ello es que, en su imprescindible evolu- 30 Intervalo ción a aerogeneradores más potentes y profundos, el mercado Range se enfrenta a una enorme y limitante dependencia de un muy 20 escaso número de medios de instalación, lo que induce un 17 cierto tinte oligopólico y dificulta una sana competencia por 10

parte de una más amplia cadena de suministro, que es indis- Número de barcos / N pensable en el camino de la reducción de costes. Este es sin 0 duda uno de los principales retos a los que se enfrenta hoy la 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 industria eólica marina y que en mayor medida puede frenar las Source: BCG Model deseables tendencias de escalabilidad de los aerogeneradores y de rápido crecimiento en la potencia instalada. Este es sin duda uno de los aspectos que ha impulsado el desarrollo de cimentaciones autoflotantes de gravedad, que al no depender de estos grandes medios proporcionan una importante ventaja, no ya sólo en cuanto a economía o logística, sino ante todo en escalabilidad en lo que a medios constructivos se refiere (ver Tabla 1). Con pesos que pueden superar las 1 000 tn, los otros dos aspirantes –jackets y monopilotes XXL– ya superan el techo de muchos de las más capaces embarcaciones heavy-lift. Sin embargo, aunque las cimentaciones autoflotantes de gravedad puedan ventajosamente independizarse de los grandes medios en una primera etapa del parque, siguen dependiendo decisivamente de ellos para la segunda etapa de montaje de la torre y la nacelle, con lo que sólo resuelven el problema a medias. Siendo conscientes de un tal reto al que el sector se dirigía, en Fig. 28. (arriba) número de barcos especializados necesario para atender las necesidades previstas para el mercado de la eólica marina (fuente: BGC los últimos 5 años Esteyco ha desarrollado y patentado la nueva Model); (abajo) Barco Jack-up de última generación (MPI Discovery)insta- tecnología Elisa, con el objetivo de poder contribuir a superarlo. lando torre y aerogenerador Para ello Esteyco ha contado con el apoyo de instituciones de desarrollo tecnológico de referencia tanto a nivel nacional como Fig. 28. (above) number of vessels needed to meet the offshore wind market’s expected needs (source BGC Model); (below) Latest generation internacional, incluyendo al CDTI (Centro para el Desarrollo jack-up vessel (MPI Discovery) installing tower and wind turbine

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Tecnológico Industrial) o a los programas europeos Eureka Elisa technology with a view to contributing to a solution to Eurostars, EEA Grants u Horizon 2020. Empresas de recono- these problems. In this endeavour, the firm has drawn from cida trayectoria en los sectores marítimo, naval u offshore han the support of highly reputed national and international tech- colaborado con Esteyco en dicho desarrollo, incluyendo a ALE nology development institutions, including Spain’s Centro para Heavylift, Berenguer Ingenieros, Cedex (Centro de Estudios el Desarrollo Tecnológico Industrial (Cdti, centre for the deve- y Experimentación de Obras Públicas), Aries Naval o Siport lopment of industrial technology) and its Centro de Estudios y 21, además de Dnvgl como entidad certificadora o Principia y Expermentación de Obras Públicas (Cedex: Centre for Public Applus Laboratories en el análisis y ensayo de distintos compo- Works Studies and Experimentation), as well as European nentes estructurales. Eureka programmes such as Eurostars, EEA Grants and Se trata de una solución de cimentación y torre para aeroge- Horizon 2020. In addition, it has partnered with companies neradores marinos conceptualmente sencilla, pero muy ambi- with renowned maritime, naval or offshore experience, such as ciosa en las principales ventajas que persigue: nada menos que ALE Heavylift, Berenguer Ingenieros, Aries Naval and Siport permitir una completa independencia de los grandes medios 21, as well as Dnvgl as certification agency, and Principia and marinos de heavy-lift para la instalación del aerogenerador Applus Laboratories, for structural component analysis and completo, que no tiene precedente en el sector, posibilitar una testing. plena escalabilidad tanto en capacidad como en medios cons- This solution for offshore wind foundations and towers is tructivos para atender la siguiente generación de parques más conceptually simple, but the advantages pursued are ambitious: profundos con turbinas que tenderán a los 10 MW, y ante todo full and unprecedented independence in wind turbine –y en consecuencia– generar una importante reducción de installation, from start to finish, from huge heavy lift machinery; coste no sólo en la instalación sino también en la fabricación. full scalability in terms of both capacity and the construction Para ello, la solución Elisa –ilustrada en la fig. 29– emplea una resources needed to install the next generation of up to 10 MW cimentación de gravedad convencional a modo de plataforma wind turbines in deeper waters; and especially and consequently, provisionalmente flotante, que integra una torre telescópica lower installation and fabrication costs. autoelevable junto con el propio aerogenerador completo. To that end, the Elisa solution illustrated in Figure 29 uses La torre telescópica permite bajar el centro de gravedad del conventional gravity foundations as a provisional floating conjunto, de modo que la plataforma puede ser autoestable platform, in conjunction with a telescopic self-lifting tower mientras la torre está plegada. Ello permitirá llevar a cabo el onto which the fully equipped wind turbine is positioned. completo ensamblaje del conjunto en puerto, en condiciones These telescopic towers lower the centre of gravity of the plenamente controladas y evitando los riesgos inherentes a overall structure, self-stabilising the platform while the tower is los ensamblajes en alta mar. La instalación en parque puede ‘folded up’. As a result, the entire assembly can be put together llevarse a cabo con medios auxiliares de reducido coste y onshore under wholly controlled conditions, thereby eluding remolcadores convencionales como único medio de apoyo. the risks inherent in offshore assembly. Farm installation can be A pesar de ser una solución pionera a nivel mundial, se basa conducted with much lower cost ancillary resources and conven- únicamente en la integración de sencillos sistemas y medios tional towboats as the sole support required. This worldwide que se han empleado por doquier en otros sectores, como los pioneering solution is based solely on a combination of simple heavy-lift strand jacks, cuyo ratio de coste por tonelada de capa- systems and resources in widespread use in other industries,

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cidad de elevación es entre tres y cuatro ordenes de magnitud such as heavy-lift strand jacks, whose cost per tonne of hoisting más bajo que el de un jack-up elevando cargas a 100 m de altura. capacity is three to four orders of magnitude lower than the La concepción de la tecnología Elisa surge por un lado de costs of a jack-up vessel able to hoist loads to heights of 100-m. las decisivas sinergias que pueden derivar de un planteamiento Elisa technology grew, on the one hand, out of the obvious integrado de los dos componentes principales de la subestruc- synergies obtained by adopting a comprehensive approach to

Fig. 29. Tecnología ELISA. La plataforma de cimentación por gravedad Fig. 29. ELISA technology, in which the gravity foundations serves as a actúa provisionalmente como platoforma flotante que integra una torre provisional floating platform for the telescopic self-lifting tower, pre- telescópica autoelevable. El conjunto puede ensamblarse por completo en assembled, including the wind turbine, entirely on land and towed to the puerto junto con el aerogenarador y remolcarse al parque, donde la torre se farm, where the tower is raised with no need for heavy-lift cranes or vessels eleva sin necesidad de grúas o embarcaciones pesadas.

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tura de soporte, torre y cimentación. Componentes que por the two main components of wind turbine support structures: inercias de la eólica terrestre se vienen tratando en el sector de towers and foundations. Influenced by onshore wind inertias, forma artificiosamente separada, formando parte de hecho del to date these members have been artificially viewed as separate alcance de distintos contratistas. Y surge a su vez y ante todo entities in the offshore industry, to the point of being commis- de una marcada intención por exprimir la oportunidad dorada sioned to different contractors. On the other, it is the outcome que la eólica proporciona para adoptar estrategias que poten- of a determined aim to seize the golden opportunity for indus- cien la capacidad de industrializar procesos repetitivos, impres- trialisation inherent in the repetitive processes involved in cindibles para la deseada reducción de costes y que a nuestro building wind farms. Industrialisation is requisite to lowering entender pasan ineludiblemente por concentrar la mayor parte costs, which will also depend, in this author’s opinion, on de los trabajos y ensamblajes en puerto. En ese sentido, el concentrating the largest possible proportion of assembly work concepto bebe de la extensa y singular experiencia atesorada onshore. This solution draws from Esteyco’s broad and unique por Esteyco en el empleo –para torres eólicas– de técnicas de experience in the use of precast concrete for wind towers, a hormigón prefabricado, especialmente adecuadas para la fabri- process especially well-suited to the low-cost fabrication of cación de elementos estructurales repetitivos a bajo coste. repetitive structural members. Trabajamos con ilusión para que esta solución pueda sumarse a We are very hopeful that this proposal will add to the list of otros diversos desarrollos tecnológicos que se están generando other technological developments underway in the industry. en el sector, y contribuir así a la mejor competitividad de una We trust that it will contribute to enhancing the competitive- fuente de energía que habrá de jugar un trascendente papel en ness of a renewable destined to play a significant role in the el más limpio y seguro mix energético de un futuro que ya está cleaner and safer energy mix of the very near future. aquí. 4. THE (NOT-SO-DISTANT) FLOATING FUTURE 4. EL (NO TAN LEJANO) FUTURO FLOTANTE State-of-the-art and challenges ahead El estado del arte y los retos por superar Floating wind energy is the next step in the evolution of the La eólica marina flotante es el siguiente paso del sector hacia un sector towards an immense and inexhaustible new market to inmenso e inagotable mercado virgen por explotar. Después de exploit. After all, even if vast, waters below 50-m water depth todo, aunque inmensas, las aguas con profundidades inferiores are just a minimum part of the seas. Floating wind has the a 50 m son sólo una mínima fracción de los mares y océanos. potential to bring a new and enriching energy source to many La eólica flotante tiene el potencial de acercar una nueva y rica markets which are not blessed with shallow seas, turning fuente de energía a multitud de mercados que no están bende- offshore wind into a truly global technology. cidos con amplias aguas de baja profundidad, y hacer de la Floating turbines do hold great interest from a technical point energía eólica offshore un tecnología verdaderamente global. of view, and this is fostering multiple ideas and designs in an Su interés desde un punto de vista técnico e ingenieril es area bursting with engineering effervescence. In this section inmenso, y ello está generando multitud de ideas y soluciones we shall explore very briefly and generally the state of the art, en un área en efervescencia. En este apartado repasaremos going through the main technological families. Their main muy brevemente y de forma generalista el estado del arte, y las advantages will be highlighted, as well as the main challenges principales familias de soluciones que se están desarrollando, they shall need to overcome in order to progress into the

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tratando de resaltar sus ventajas y los principales retos que competitive and commercial systems they are set to become, deben ir superando para convertirse en los sistemas comer- possibly sooner than it is generally expected. ciales y competitivos que acabarán siendo, posiblemente antes The three main approaches to floating substructures on which de lo que hoy se suele anticipar. nearly all state-of-the-art solutions are based are legacies from Los tres tipos principales de subestructuras flotantes en los the offshore oil and gas industry: TLPs (tension leg platforms), que se basan la inmensa mayoría de las soluciones actuales son semi-submersibles and spar buoys. The three are depicted in una adaptación de las usadas en las explotaciones petrolíferas y Figure 30. gasísticas marinas: TLP (Tension Leg Platform), semisumergi- Floating stability is based on a different principle in each. bles y plataformas Spar. En la figura 30 se pueden ver los tres ––In TLPs vertical cables anchored to the seabed are pre- tipos. stressed by buoyancy forces acting on a submerged La estabilidad de flotación se basa en un principio distinto en platform, behaving while in tension as stiff bars or ‘legs’ cada caso. that support the structure. ––En las TPL, las fuerzas de flotación que actúan sobre ––Spar buoys are intrinsically stable, for their centre of la plataforma sumergida pretensan los cables verticales gravity, G, is kept at a depth sufficiently below their centre anclados al fondo marino, los cuales, al tensarse, funcionan of buoyance, B.

Fig. 30. Estrategias actuales de construcción de plataformas flotantes para Fig. 30. State-of-the-art approaches to floating platforms for the wind el sector eólico: TLP, semisumergibles y plataformas Spar (las tres imágenes industry: TLPs, semi-submersibles and spar buoys (three images on the de la izquierda), herederas de las soluciones análogas desarrolladas por la left), inherited from analogous solutions developed for the oil and gas industria petrolífera y gasística (los tres dibujos de la derecha) industry (three drawings on the right)

350 351 XI. ENERGÍA EÓLICA MARINA • OFFSHORE WIND ENERGY

como barras rígidas o “patas” que soportan la estructura. ––In semi-submersibles, on the contrary, G is at a higher ––Las plataformas Spar son inherentemente estables ya que elevation than B. This is offset by the presence of a large su centro de gravedad, G, se mantiene a suficiente profun- buoyancy plane on the surface that lifts their metacentre, didad por debajo de su centro de flotabilidad, B. M, high enough above G. ––En las plataformas semisumergibles, por el contrario, G Five full-scale floating wind turbines have been built to date: está a una mayor altura que B. Esta diferencia se compensa two spar buoys (Hywind off the Norwegian and Kabashima gracias a la presencia de un amplio plano de flotación en off the Japanese coast) and three semi-submersibles (Windfloat la superficie que eleva el metacentro, M, lo suficiente por off Portugal and Fukushima(x2) off Japan). According to encima de G. the information published to date, turbine performance has Hasta la fecha se han instalado cinco aerogeneradores flotantes proven to be suitable in floating conditions in all five, confirm- a escala real: dos plataformas Spar (Hywind, en la costa de ing the potential for generating electric power in floating Noruega, y Kabashima, en aguas japonesas) y tres semisumer- wind farms. As these are prototypes, however, they have gibles (Windfloat, en la costa portuguesa, y dos para el proyecto delivered fewer lessons about other crucial matters such as Fukushima en Japón). Según los últimos datos publicados, el cost, scalability and suitability for serial industrial production rendimiento del aerogenerador en condiciones de flotación and installation in large-scale offshore wind farms. The Table ha resultado óptimo en todos los casos, lo que confirma el 2 below summarises the advantages and drawbacks of each potencial para generación de electricidad de los parques eólicos approach, discussed in greater detail below. flotantes. No obstante, dado que son prototipos, han propor- Conventional spar buoys afford inherently stable performance cionado muy poca información sobre otros aspectos cruciales and respond well to wave loads, although their very long como el coste, su escalabilidad y su idoneidad para la produc- vertical dimension call for complex multi-stage installation: ción industrial en serie y para la instalación en parques eólicos horizontal construction and load-out, ballasting for up-ending marinos a gran escala. La Tabla 2 resume las ventajas y desven- in very deep waters and offshore tower and turbine installation tajas de cada estrategia, que se abordan a continuación con with special-purpose heavy lift vessels (Fig. 31). This drastically mayor detalle. TABLA 2 / TABLE 2 Tabla-resumen de las ventajas y desventajas de las soluciones actuales para subestructuras flotantes Summary table of advantages and drawbacks of state-of-the-art approaches to floating substructures

industrialisable floating installation material sensitivity transparency to dependance on usable draft and scalable substructure process usage to sea motions wave loading soil conditions range onshore concept and means preassembly

Conventional ≈ X √ √ √ X X Spar TLP √ X √√ √ X √ ≈

Semi Submersible X √√ ≈ X √ √√ ≈

√√ very good √ good ≈ not so good X bad

350 351 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

Las plataformas Spar convencionales presentan una buena reduces their suitability for onshore pre-assembly and hence estabilidad de forma natural y responden bien a la acción del industrialisation, which are the keys to reducing costs. Further- oleaje pero su gran dimensión vertical requiere una compleja more, they have very deep drafts, calling for deep waters not instalación en varias fases: construcción horizontal y transporte, only when in operation but also during assembly and towing. lastrado para el volteo en aguas muy profundas e instalación del Such conditions are found in only scant locations, such as in aerogenerador y la torre mediante buques especiales para eleva- the Norwegian fjords. ción de cargas pesadas (fig. 31). Estas características reducen TLPs, in turn, allow for minimal inclinations, call for no chain enormemente su idoneidad para los procesos de pre-ensam- moorings and use material very efficiently. They are exceedingly blado en tierra y, por tanto, de industrialización, que resultan unstable until anchored to the seabed, however, which renders esenciales para reducir costes. Además, su gran calado requiere load-out and installation complex and dependent upon special aguas profundas no sólo para su funcionamiento sino también purpose, heavy-duty buoyancy ancillaries throughout (Fig. 32). para el ensamblaje y el arrastre. Las ubicaciones con esas condi- This requires not only significant upfront investment, but also ciones, como los fiordos noruegos, son muy escasas. induces unwanted dependence on a single vessel that must Por su parte, las TLP permiten unas inclinaciones mínimas, run to and from the shore for each unit, with the concomitant no requieren cadenas de amarre y utilizan el material de forma logistical risks and sensitivity to the distance between produc- muy eficiente. Sin embargo, son extremadamente inestables tion facilities and the offshore wind farm. hasta que están ancladas al fondo marino, lo que dificulta This characteristic also rules out the possibility of storing the su transporte y la instalación, haciendo necesario el uso de units produced during the winter (which cannot be installed grandes equipos o medios de flotación auxiliares (fig. 32). Este as they are fabricated) in the water. As a result, large and very hecho supone una importante inversión inicial, además de una costly areas suitable for storing such units must be found near indeseable dependencia de un único barco que debe hacer el the dock onshore. Last but not least, TLP cables or tendons trayecto de ida y vuelta desde puerto para cada unidad, con los and the anchorage of these tethers to the seabed induce subs-

Fig. 31. Construcción, transporte, izado vertical e instalación del aeroge- Fig. 31. Construction, load-out, upending and heavy lift installation of the nerador en la plataforma Spar Hywind (arriba a la izquierda, abajo a la wind turbine on the Hywind spar buoy (respectively upper left, bottom left, izquierda, centro y derecha, respectivamente). middle and right images)

352 353 XI. ENERGÍA EÓLICA MARINA • OFFSHORE WIND ENERGY

consiguientes riesgos logísticos y el aumento de la sensibilidad tantial cost and soil-related design constraints or uncertainties. del proyecto a la distancia entre las instalaciones de fabricación Semi-submersibles, in turn, can support wind turbines fully y el parque eólico marino. pre-assembled onshore on a self-stable platform, and are Esta característica también impide almacenar en el agua durante suitable for floating storage as appropriate and towable to site el invierno las unidades fabricadas que aún no se hayan insta- for mooring. This is regarded as a major advantage both as lado. Como resultado, es necesario habilitar grandes y costosas regards installation costs and risk control and is in all likelihood zonas adecuadas para el almacenamiento de las unidades en the primary reason why semi-submersible solutions are being tierra, cerca del puerto. Por último, los cables o tendones de un developed by a number of companies. A second advantage TLP y el anclaje de estos amarres al fondo marino suponen un is that the structure can be towed back to harbour for major coste sustancial y plantean limitaciones de diseño en lo refe- maintenance if necessary, eluding the need for offshore heavy- rente al suelo. lift vessels. They nonetheless have drawbacks compared to En cuanto a las plataformas semisumergibles, permiten la other approaches, specifically in connection with their sizeable instalación de aerogeneradores totalmente pre-ensamblados en dimensions and the processed (i.e., costly) material-intensive puerto en una plataforma autoestable y que se pueden almacenar construction of a sufficiently large floating plane to offset their en flotación hasta su posterior remolque y anclaje en su ubica- high exposure to wave loading in the splash zone. ción definitiva. Esta posibilidad se considera una importante A further constraint affecting semi-submersible solutions is ventaja en materia de control de riesgos y costes y es probable- the availability of suitable onshore infrastructure for indus- mente la principal razón por la que varias empresas están desa- trialised serial production. The Windfloat prototype, for rrollando soluciones de este tipo. Una ventaja añadida es que instance, was built at the LISNAVE dry dock at Lisbon, one of la estructura se puede remolcar de nuevo a puerto para realizar Europe’s largest, and despite the fairly small (2-MW) turbine las operaciones de mantenimiento que lo requieran, evitando and moderate (75-m) height involved, the dry dock width and así el uso de buques para izado de cargas pesadas. No obstante, especially its crane height could barely accommodate onshore

Fig. 32. Innovadoras barcazas de alta resistencia para fines especiales dise- Fig. 32. Innovative and special purpose heavy-duty barges for installing ñadas para instalar plataformas TLP por las dos empresas que más las han TLP platforms, designed by the two companies that may have developed desarrollado hasta la fecha: Pelastar (izquierda) e Iberinco (centro y derecha) them most fully to date: Pelastar (left) and Iberinco (centre & right)

352 353 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

presentan algunos inconvenientes con respecto a otras soluciones, sobre todo en lo tocante a sus grandes dimensiones y al intenso uso de materiales de construcción muy elaborados (es decir, costosos) necesarios para crear un plano de flotación suficientemente grande para compensar su gran exposición a la fuerza del oleaje en la zona de rompiente. Otra de las limitaciones que afecta a las soluciones semisumergibles es la disponibilidad infraestructuras costeras adecuadas para la producción industrializada en serie. Por ejemplo, el prototipo Windfloat se construyó en el dique seco LISNAVE de Lisboa, uno de los más grandes de Europa. A pesar de ser un aerogenerador relativamente pequeño (2 MW) y de una altura moderada (75 m), el ancho del dique y su grúa pórtico apenas fueron suficientes para dar cabida a la unidad pre-ensamblada (figura 33, arriba). La mayor parte de los diques secos e infraestructuras portuarias están diseñados para albergar elementos que, como los barcos, presentan gran longitud y peso, pero no para la anchura y la altura descomunal que caracteriza a los aerogeneradores. Una realidad que abre una vía de reflexión sobre las infraestructuras necesarias para la construcción de este tipo de subestructuras y para la próxima generación de aerogeneradores de más de 8 MW. Podemos encontrar una respuesta parcial a este problema en la subestructura de 140 m de ancho para una unidad de 7 MW construida en Fukushima (fig. 33). Es posible encontrar diques secos adecuados para pre-assembly (Figure 33, above). Most harbour and dry dock estas plataformas en los enormes astilleros asiáticos, pero no infrastructures are designed to large ship-like weights and en Europa. Aunque sea probablemente un diseño optimizable, lengths, but not to the large widths and certainly not to the es un buen indicio del alto coste y el alto grado de especia- tall heights that characterise wind turbines. This poses ques- lización que implica la construcción de las infraestructuras tions about the infrastructure required by this type of subs- costeras precisas para industrializar estructuras tan grandes. tructure for today’s and tomorrow’s 8+-MW turbines. At least Estos requisitos específicos no contribuyen a lograr la tan a partial answer to this question has been furnished by the deseada reducción de costes. 140 m wide semi-submersible substructure built for a 7-MW machine at Fukushima (Fig. 33). A dry-dock suitable for such

Fig. 33. (arriba) Construcción del prototipo semisumergible Windfloat Fig. 33. (above) Construction of the Windfloat semi-submersible prototype (para un aerogenerador de 2 MW) en el amplio dique seco de LISNAVE. (for a 2-MW turbine) at the large LISNAVE dry dock; (abajo) Prototipo semisumergible de 140 m de ancho (para un aerogene- (below) 140-m wide semi-submersible prototype (for a 7-MW machine) rador de 7 MW) construido recientemente en Fukushima recently built at Fukushima

354 355 XI. ENERGÍA EÓLICA MARINA • OFFSHORE WIND ENERGY

En resumen, la eólica marina flotante muestra un enorme a platform was found in the extremely large Asian shipyards, potencial y al tiempo áreas en las que las distintas tecnologías but this would not be the case in Europe. Surely, there must be muestran un mayor margen de mejora. Posiblemente, dichas room for optimization of such design, but it still does provide mejoras irán llegando gradualmente conforme las distintas a sign that the onshore infrastructure needed to scale up and soluciones evolucionen desde los conceptos más directamente industrialize such large structure can be expected to be costly heredados el oil&gas hacia tecnologías específicamente diri- and in many ways specifically built, not contributing to the gidas a la situación y características de la eólica flotante. Y entre pursued cost reductions. todas ellas, sobresale la oportunidad de industrializar procesos Overall, floating wind energy shows great potential and at the repetitivos, potenciando su economía y eficiencia. Las solu- same time areas in which one or the other technology have ciones que logren concentrar para ello el trabajo en puerto, y more room for improvement. Possibly, such advances will mantener procesos de instalación sencillos y libres de grandes arrive gradually as the different solutions evolve from concepts medios, posiblemente sean las que resulten más exitosas. directly inherited from oil&gas into technologies specifically Esteyco también está trabajando en ello como parte del dedicated to the characteristics of offshore wind. And among proyecto europeo Telwind, compartiendo la visión de Dnvgl these, the opportunity to industrialise repetitive process outs- de un futuro en el que la eólica flotante juega un papel vital en tands, fostering their economy and efficiency. Solutions that el mix global de generación de energía: manage to concentrate work on harbour, while maintaining “En 2050, miles de millones de personas habrán salido de la simple and vessel free installation processes, will probably hold pobreza para formar una clase media global. La urbanización better chances of success. generará enormes megalópolis, a menudo en la línea de costa, Esteyco is also working with such objective as a part or que limitarán las alternativas para generar energía limpia en European project Telwind, sharing Dnvgl’s vision of a future tierra, pero en el mar, donde el viento sopla fuerte y estable, where floating wind plays a vital role in world’s energy mix. los parque eólicos flotantes proporcionarán una fuente de “By 2050, billions of people have been lifted from poverty energía renovable y económica a muchos de los habitantes into a global middle class. Urbanization has created enormous de la costa y de esas descomunales ciudades (...) megacities, often along the coastlines, limiting the ability to La energía eólica marina evolucionará en perfecta armonía produce clean energy on land; but offshore, where the winds con la industria pesquera y con la sociedad en su conjunto. are strong and stable, floating wind power offers cost-effec- Proporcionará hábitats protegidos, ajenos a las redes de tive and clean energy to many of the world’s coastlines and arrastre y compatibles con técnicas controladas de acuicul- megacities (…) tura y pesca. Gracias a la integración del empleo, sistemas de Offshore windfarms are developed in harmony with the producción de alimentos y energía limpia, los parques eólicos fishing industry and with society at large. They provide flotantes constituirán una plataforma para la gestión soste- protected habitats safe from seabed crawling and integrated nible de los recursos energéticos y de la vida marina. controlled aquiculture and fishing. Through the integration of jobs, food production and clean energy, floating wind Esa es la visión de Dnvgl de un futuro más seguro, inteli- creates the platform for a sustainable management system of gente y ecológico”. the ocean’s marine life and energy resources. All a part of Dnvgl’s vision of a safer, smarter and greener future”.

354 355 356 357 EPÍLOGO • EPILOGUE MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ GÓMEZ

Este libro constata que existen los conocimientos y la tecno- This book stands as proof of the existence of the knowledge logía necesarios para producir energía con eficiencia aprove- and technology needed to produce energy efficiently, capitalis- chando el enorme potencial eólico, que a diferencia de otras ing on the huge potential of wind which, unlike other sources, fuentes, existe en cualquier parte del mundo. Sera necesario is present the world over. mejorar su tecnología, pero es ya una realidad que permite la The technology may need to be improved, but it is already producción de energía con baja contaminación y a unos costes generating low pollution energy at a cost that will certainly be que sin duda podrán ser asumidos por las siguientes genera- affordable for coming generations of consumers. ciones de consumidores. In 2005 Esteyco proposed the use of a precast concrete En el año 2005 planteamos en Esteyco una propuesta de torre tower to enable the on-shore wind industry to surmount the de hormigón prefabricada, posibilitando a la industria eólica limitations conditioning steel towers, which until then had terrestre superar los límites de las torres metálicas utilizadas been nearly ubiquitous. In his presentation, Javier Rui-Wamba masivamente hasta entonces. Javier Rui-Wamba describe en describes Esteban Morras’s insight in endorsing this tech- el prólogo la acertada apuesta de Esteban Morras por esta nology. In this 10-year interim, hundreds of towers with high tecnología de torres. En estos 10 años, cientos de estas torres capacity generators and heights of up to 120 m have been han sido construidas por todo el mundo con generadores de erected the world over. Esteyco is presently a world bench- gran potencia y en alturas de hasta 120 m. Esteyco es en este mark designer for these structures. momento un referente mundial en el diseño de este tipo de torres. In 2009 we began to study the possibility of installing concrete towers off-shore, where the wind resource is greater and En el año 2009 iniciamos los estudios para la implantación de better. Their development was and still is stalled because of las torres de hormigón en el mar, en donde reside el mayor y the high foundation costs, which rise with depth, and the mejor potencial eólico. Su desarrollo estaba y aún está frenado need for enormous and scantly available ancillary installation por los enormes costes de la cimentación, que aumentan con resources. In 2007, José Serna and I were returning from a visit la profundidad del mar y por la necesidad de usar grandes y to a wind farm at where we had built our first seven ‘Alejandría’ escasos medios auxiliares para su instalación. En 2007, volvía towers. As we had to catch a train that stopped at Albacete at con José Serna de visitar el primer parque en el que instalamos around 3:00 AM, José suggested that we could rest until then nuestras primeras siete torres Alejandría. Teníamos que coger in his grandmother’s unoccupied house. Much to our chagrin, un tren que pasaba por Albacete a eso de las 3 de la madru- however, José’s key didn’t fit the lock, so we decided to seek gada, por lo que José propuso descansar hasta esa hora en la shelter in whatever we could find open nearby: vacant streets, casa, deshabitada, de su abuela. Pero para nuestro infortunio la freezing weather, bars and cafes closed. All we could see at the llave que tenía José no logró abrir la puerta. Así que decidimos end of one street was a string of suggestive reddish lights. As

356 357 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

refugiarnos en algún local próximo. Calles vacías, frío intenso, we approached, we found that they were indeed the lure for a bares y cafés cerrados. Únicamente vimos al fondo de una calle small, dark bar with low, clandestine lighting and half a dozen unas insinuantes luces rojizas, a ellas nos aproximamos y cierta- round Parisian-style (i.e., small) tables. We sat at one, and to the mente eran el reclamo de un oscuro local, pequeño, con poca y astonishment of the rest of the clientele, took out pencil and clandestina iluminación y con media docena de mesas redondas paper and started to sketch the very first outlines of what we de tipo parisino, es decir, pequeñas. En una de ellas nos insta- called an ‘onion’ tower construction process. That idea later lamos, desplegamos, para el asombro del resto de clientes unos grew into our telescopic procedure whereby ‘infinitely’ high papeles y de allí surgieron los primeros esbozos del proceso towers can be erected with no need for high capacity cranes, de construcción de la torres que llamamos “cebolleta” y que not even to mount the turbine. Installation in wind farms is más tarde se transforma en la torre telescópica que permite scheduled to begin shortly. la construcción de torres de altura “sin fin” que se elevan sin On those grounds, we initiated a new off-shore adventure. necesidad de grúas de gran tonelaje ni siquiera para el montaje Building off-shore farms with no need for huge vessels, mounting de la turbina. Su desarrollo en parques se iniciara en breve. the entire assembly – foundations, tower and generator – on Sobre esta base, comenzamos una nueva aventura marina. La shore, floating it out to the final position with the sole aid of construcción de parques off-shore sin que sean necesarios tugboats, and then anchoring it on the seabed with a minimum grandes medios marinos, montando todo el conjunto, cimen- of resources: that idea spawned our ELISA project. tación, torre y generador en un puerto, trasladándolo por flora- The first prototype, which will rest at a depth of 30 metres ción sin más medios auxiliares que los remolcadores y apoyán- and be fitted with a 5-MW wind turbine, will be operational dolo en el fondo del mar con unos reducidos medios. De aquí in the Atlantic Ocean off lovely Gran Canaria Island in 2016. surge nuestro proyecto ELISA. Construction is already underway. This is a fascinating project En el 2016 tendremos operativa en el mar Atlántico cerca de that paves the way for wholly floating solutions with which la bella isla de Gran Canaria el primer prototipo, apoyado a wind farms could be installed in waters deeper than possible profundidad de 30 metros y con un aerogenerador de 5 Mw. with gravity-based towers. Ya hemos iniciado su construcción. Se trata de un proyecto Wind energy will continue to develop providing the private sector fascinante que abre, además, el camino hacia soluciones total- commits to researching technologies that lower production mente flotantes que permitirán la instalación de parques en and maintenance costs. At Esteyco we’ve invested substantial aguas profundas más allá de las capacidades de las de gravedad. resources along those lines, with both our own and European La energía eólica se desarrollará siempre que las empresas se institutional funding but with no assistance from the industry impliquen en el la investigación de tecnologías que abaraten majors that will ultimately benefit from our findings. los costes de producción y mantenimiento. En Esteyco hemos invertido grandes recursos en esta línea, con fondos propios y con la financiación de ayudas institucionales europeas, y sin la Such is the price of freedom. ayuda de las grandes empresas del sector que, finalmente, se beneficiaran de ellas. Es el precio de la libertad.

358 359 EPÍLOGO • EPILOGUE

Modelo en 3D del prototipo de la Torre telescópica autoelevable prefabricada de hormigón de Esteyco 3D Prototype of Esteyco’s pre-cast concrete telescopic self-lifting tower

358 359 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SCKETCHES

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL Nací en Madrid en un día frío de enero, en uno de los primeros días del año 1975. Y según me cuentan, en un día que disfrutaba de un cielo azul como sólo esa ciudad en invierno permite contemplar. Imagino que en aquellos entonces el origen vasco que atesoro gracias a mi madre y a sus antepasados, todavía no se reflejaba en mi personalidad; posteriormente doy fe que este legado se manifestó: búsqueda de la aventura, dinamismo, terquedad, amor por la soledad y el silencio y también, cómo no, en un gusto por el buen comer son rasgos que forman parte de mí, y a la vez comunes a una buena parte de las nobles gentes oriundas de esta maravillosa región. Unos cuantos años más tarde, en 1993, comienzo el recorrido por la Universidad. Del primer año aún conservo el recuerdo de las dudas iniciales y preguntas que uno se hacía a sí mismo acerca de la idoneidad de la carrera escogida y de las bondades del sistema de enseñanza que se aplicaba. Las primeras se disiparon muy rápidamente; las segundas aún convivo con ellas, he de reconocer. Entre ese 1993 y 1999 completo mi formación como Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos en la Universidad Politécnica de Madrid, donde me especializo en cimientos y estructuras. Desde allí, claramente seducido por estas últimas, y especialmente por la magia de los puentes –mágicas bisagras que obran el milagro de cambiar el destino de dos territorios condenados a priori a vivir separados– paso por distintas empresas como ACS, Fhecor y KV Consultores. En todos los casos, y siempre con las estructuras como excusa, doy rienda suelta a otro rasgo de mi carácter ya mencionado al inicio de estas notas biográficas, el de aventurero, que es aprovechado en muchas ocasiones como punta de lanza en la apertura de nuevos territorios, llamados mercados. De aquella época conservo en la mochila que guarda el patrimonio de las realizaciones y recuerdos profesionales, más de 100 nuevos puentes de muy distintas tipologías y materiales, así como otras tantas estructuras urbanas de distinta índole y un número algo menor de intervenciones para la mejora estructural y funcional de puentes ya existentes. Es en el año 2010 cuando aterrizo en Esteyco, con la cabeza bien aireada tras pasar un par de meses largos apartado de casi todo, de viaje por el mundo. Y es aquí donde descubro este apasionante mundo eólico. Desde entonces, he participado como responsable técnico, con distintos grados de implicación, en cerca de 200 proyectos de obra civil y eléctrica de nuevos parques eólicos diseminados en más de 30 países de los cinco continentes. Esta experiencia, combinada con la participación en proyectos de reparación de cimentaciones existentes, así como el proyecto de más de 400 torres eólicas de hormigón prefabricado, instaladas en países como Polonia, Sudáfrica, Brasil, México, Estados Unidos y España, a la que se suman la experiencia en direcciones de Asistencia Técnica en obra, han ido modelando en mi persona una afortunada y relativamente completa perspectiva de este particular sector, que he tratado de plasmar en el índice y contenido de esta publicación. Los conocimientos que me han ido transmitiendo y enseñando en estos cinco años compañeros y amigos, entre los que desde luego se encuentran los que conforman el elenco de participantes en este libro, han sido la mejor base para haberme permitido ser conferenciante en distintos eventos eólicos que han tenido lugar en ciudades como Río de Janeiro, Viena, Copenhague, Ciudad del Cabo, Madrid, México D.F y alguna más. Considero motivo superlativo de satisfacción poder añadir a esta lista de realizaciones y logros esta mi primera experiencia literaria, sumándose así a las excelentes publicaciones con las que cada año la Fundación Esteyco, a quien debo este honor, nos regala.

360 361 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL I was born in Madrid one cold January day, one of the first days of the year 1975. I’ve been told it was a very clear, sunny day, with the kind of bright light that’s unique to Spain’s capital in the winter. I feel rather sure that, at the time, the treasure hold of Basque origins inherited from my mother and her forebears had yet to root in my personality. Later, however, that legacy blossomed into a pursuit of adventure, a certain vim, tenacity, a love of solitude and silence and, naturally, a penchant for good food: some of my most prominent traits that I share with a fair number of the noble inhabitants of that splendid land. Some years later, in 1993, I went to university. My recollections of that first year include some early doubts about the optimality of my career choice and the questions I posed about the strengths of the education system in place. I was able to dispel the former quite quickly, although I have to admit that the latter remain firmly in place. Between that year and 1999 I earned my degree in civil engineering from the Technical University of Madrid, specialising in foundations and structures. Diploma in hand and seduced in particular by the wizardry of bridges (magic hinges that miraculously change the destiny of territories initially fated to live separate lives), I worked in a number of firms, including ACS, Fhecor and KV Consultores. In all of them, and using structures as an excuse, I gave free rein to my adventuresome spirit, from which I often drew to spearhead the entry into new territories called markets. My backpack of professional achievements and memories from those years carries a list of over 100 bridges of very different types and materials, a similar number of all manner of urban structures and somewhat fewer structural and functional improvements on existing bridges. I landed at Esteyco in 2010, with my head well aired after a few long months removed from nearly everything as I travelled around the globe. And it was here that I discovered the fascinating world of wind. Since then, I have participated as technical manager, with different degrees of involvement, in nearly 200 projects for civil and electric works in new wind farms sited in over 30 countries on five continents. Thanks to that experience, my participation in projects to repair existing foundations, the design of over 400 precast concrete wind towers installed in countries such as Poland, South Africa, Brazil, Mexico, United States and Spain, and my site management of works as resident engineer, I have acquired a fairly wide perspective of the industry, which I have attempted to reflect in the content of this volume. The knowledge conveyed to me over the last five years by colleagues and friends, some of whom have authored the chapters of this book, has provided me with invaluable background for conferences delivered at wind energy events in cities such as Río de Janeiro, Vienna, Copenhagen, Cape Town, Madrid and Mexico City, to name a few. Adding this, my first literary venture, to that list of professional accomplishments affords me utmost satisfaction. I am deeply indebted to Fundación Esteyco for the opportunity to contribute to this prestigious collection, so generously published year after year.

360 361 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

CONSOLACION ALONSO nace en Establés (Guadalajara) es ingeniera industrial, especialidad Técnicas Energéticas por la Universidad Politécnica de Madrid (1995). Con más de 20 años de experiencia profesional en el campo de las energías renovables, ha desarrollado su carrera profesional en las empresas del Grupo energético Gas Natural Fenosa. Actualmente es responsable de la Unidad de Ingeniería y Construcción Eólica de Global Power Generation, la empresa de Gas Natural Fenosa que se dedica al desarrollo, construcción y explotación de plantas de generación de energía eléctrica fuera de España. Ha desarrollado proyectos de energías renovables abarcando desde estudios de viabilidad, ingenieria básica y de detalle y hasta construcción y puesta en marcha en una amplia gama de países que incluyen: México, Nicaragua, Guatemala, Panamá, Colombia, Ecuador, Chile, Sudáfrica, Argelia, Indonesia, Filipinas, Australia, etc. Desde el año 2010, ejerce como Directora del máster de Energías Renovables de la Universidad Europea de Madrid y como profesora en dicha universidad. Su experiencia docente también se extiende en el mundo de la empresa privada de instituciones de gobiernos donde ha impartido formación al amparo de colaboración de proyectos financiados por el Banco Mundial. CONSOLACION ALONSO was born in Establés in the Spanish province of Guadalajara. As an industrial engineer with a degree from the Technical University of Madrid, she specialises in energy technology. She has spent her 20-plus-year career in renewable energies in a number of positions with Gas Natural Fenosa group companies. She presently heads the Wind Energy and Cons- truction Division of Global Power Generation, a Gas Natural Fenosa company engaging in the development, construction and operation of electric power plants outside Spain. She has run renewable energy projects in areas covering from feasibility studies and basic and detailed engineering to plant construction and commissioning in a wide spectrum of countries: Mexico, Nicaragua, Guatemala, Panama, Colombia, Ecuador, Chile, South Africa, Algeria, Indonesia, Philippines and Australia. Head of the European University of Madrid’s master course in Renewable Energies since 2010, she has also delivered training courses in private companies and government institutions in connection with projects funded by the World Bank.

ALBERTO CEÑA es ingeniero aeronáutico, Director de la empresa de Bepte, en la actualidad desarrolla las funciones deCoordi- nador de los Servicios Técnicos de la Asociación Empresarial Eólica (AEE, asociación de promotores, fabricantes y entidades finan- cieras). En los últimos años ha participado en el desarrollo de diferentes proyectos con sistemas híbridos en Bolivia, estudios de inte- gración en red de la eólica como, por ejemplo, en Uruguay y experto del Banco Mundial y del PNUD. Trabaja también como perito y asesor en los diferente procedimientos legales y de arbitraje que han surgido como consecuencia de la reforma energética en España. Es socio fundador y Secretario de la Asociación de Empresas de Mantenimiento de Energías Renovables (Aemer), con el objetivo de impulsar la calidad y la profesionalidad del sector. Es profesor en diferentes másters y cursos de prestigiosas instituciones y universidades: Escuela de Organización Industrial de Madrid, Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos (Circe), la Universidad Carlos III, la ESTII de la UPM, la UNED, la Universidad Europea de Madrid, el Instituto de Estudios Bursátiles (IEB),... Anteriormente, ha sido Director de Proyectos Internacionales de la División de Energía de Acciona, Presidente de Gedeon S. Coop., fabricante de aerogeneradores de mediana potencia y ha ocupado distintas responsabilidades en la Comisión Europea, el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE) y el Ministerio de Industria y Energía. ALBERTO CEÑA is an aeronautical engineer, CEO of BEPTE, S.L. and acting technical services coordinator for the asociación empresarial eólica (aee, association of wind industry developers, manufacturers and financial institutions). In recent years he has participated in projects for a hybrid system in bolivia and studies on the integration of wind energy in the grid in uruguay and other countries, and acted as adviser to the world bank and the undp. He has also worked as expert and adviser in the legal and arbitration proceedings arising in the wake of legislative energy reform in Spain. He is a founding member and secretary of the asociación de empresas de mantenimiento de energías renovables (aemer, association of renewable energy maintenance companies), whose aims include furthering industry quality and professional standards. He teaches in master’s and other courses at a number of prestigious business schools, universities and similar institutions: escuela de organización industrial (eoi, madrid school of industrial organisation), centro de investigación de recursos y consumos energé- ticos (circe, energy resource and consumption research centre), Carlos III university of madrid (UC3M), Technical University of Madrid (UPM), national distance university (uned), universidad europea de madrid (uem, private university) and instituto de estudios bursátiles (ieb, institute of securities exchange studies). His earlier positions include international project manager in Acciona’s energy division, president of Gedeon’s. Coop. (Medium capacity wind turbine manufacturers) and engagements with the european commission, Institute for Energy Diversification and Savings I( dae) and the spanish Ministry of Industry and Energy.

362 363 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES

MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ GÓMEZ, nace en Madrid en 1948. Estudio Ingeniería Técnica de Obras Publicas en la escuela de Madrid. Casado con Isabel Cabrera, tenemos dos hijas y un hijo y por ahora dos nietas y cuatro nietos. Profesionalmente soy discípulo de Javier Rui-Wamba, con el que he trabajado ininterrumpidamente desde el año 1970, desde el inicio de Esteyco. Y en lo personal, amigo. Durante estos 45 años he participado en la mayor parte de los proyectos realizados en Esteyco. En la actualidad trato de impulsar el desarrollo de la infraestructura soporte de los generadores eólicos, en tierra y en el mar. Nuestro proyecto ELISA. Patrono de la Fundación Esteyco, Consejero de Esteyco, de SWT y de Incydo, en mi última etapa profesional trato de asegurar el futuro de Esteyco conforme al ideario de su Fundador.

MIGUEL ÁNGEL FERNÁNDEZ GÓMEZ was born in Madrid in 1948, I studied associate Civil Engineering at Madrid’s eponymous school. I am married to Isabel Cabrera, with whom I have two daughters, one son and to date two granddaughters and four grandsons. Professionally, I am a disciple of Javier Rui-Wamba, with whom I have worked uninterruptedly since Esteyco was founded in 1970. And personally, I am his friend. In these past 45-years, I have participated in most of the firm’s projects. I am presently involved in furthering the development of infrastructure for on- and off-shore wind turbines under our ELISA initiative. Fundación Esteyco trustee, board member for Esteyco, SWT and Incydo, I am engaged in this latter stage of my career in ensuring the future of Esteyco in keeping with its founder’s ideals.

JAUME MASCARÓ PONS nace en Ciutadella de Menorca el 1942. Estudió Filosofia i Lletres (Filosofia) en la Universitat de Barce- lona, donde obtuvo el Doctorado en Filosofia, con una tesis sobreComunicación no verbal (Premio Extraordinario de Doctorato). Su labor docente y profesional se ha desarrollado básicamente en la UB, desde 1970 hasta su jubilación en 2008, en especial en el campo de la Antropología Filosófica y de la Filosofía de la Cultura. Desde de 1997 hasta 2008, impartió también docencia en el Instituto del Teatro de Barcelona, en la assignatura de «Antropologia del Teatre» y «Cultura y mitos», así como en el Doctorado en Artes Escénicas de la UAB. Ha sido secretario durante 18 años del Claustro de Doctores de la Universidad de Barcelona, del que sigue siendo miembro de la Junta Directiva en la actualidad. Ha dirigido numerosas tesis doctorales y publicado textos diversos, en especial en el campo de la teoría de la filosofía del cuerpo, de antropología y cultura popular y de reflexión sobre el teoría teatral. Es miembro fundador del Institut Menorquí d’Estudis (IME), del que fue director de la Secció de Ciencias Sociales durante 10 años y actualmente, des de 2010, es President del Consejo Científico del mismo. El 2007 el Consell Insular de Menorca le otorgó el Premio Mª Lluïssa Serra, Taula d'Or, por su dedicación a la promoción y defensa del patrimonio cultural de Menorca.

JAUME MASCARÓ PONS was born in Ciutadella on the Spanish island of Menorca in 1942. He studied liberal arts (philosophy) at the University of Barcelona. There he earned his PhD. in philosophy with a thesis on Non-verbal communication, for which he was awarded the Premio Extraordinario de Doctorado (prize for outstanding PhD. thesis). From 1970 until his retirement in 2008 he devoted most of his academic and professional career to philosophical anthropology and the philosophy of culture, essentially at the University of Barcelona. From 1997 to 2008 he also delivered ‘Anthropology of Theatre’ and ‘Culture and Myths’ at Barcelona’s Theatre Institute, and lectured as well with the Autonomous University of Barcelona’s Performing Arts Doctorate programme. He served as secretary to the University of Barcelona’s Doctors’ Senate for 18 years and continues to be a member of its Council. He has supervised any number of PhD. theses and published a wide variety of papers, in particular on the theory of the philosophy of the body and the philosophy of anthropology and folk culture, as well as reflections on the theory of the theatre. He is a founding member of the Institut Menorquí d’Estudis (IME) [Menorcan Studies Institute], where he headed the Social Science Section for 10 years. Since 2010 he has presided the institute’s Scientific Council. In 2007 the Island Council of Menorca distinguished him with the Mª Lluïssa Serra Prize Taula d’Or [gold medal] for his furtherance and defence of the island’s cultural heritage.

362 363 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

FRANCESCO MICELI nace en Venecia, Italia en 1978. Ingeniero de Caminos por la Universidad de Roma, comienza su carrera en Italia ocupándose de varios proyectos de infraestructuras lineares como autovías, líneas de AVE y carreteras autonómicas. Se enamora de España después de un año de estudio en la Universidad Politécnica de Valencia y en 2007 se muda a Madrid. En 2010 empieza su andadura en el mundo de las energías renovables y se incorpora a Vestas aprovechando de la renovada demanda del mercado para proyectos llave en mano (que incluyen además de las turbinas la obra civil y la obra eléctrica). Actualmente forma parte de un equipo especializado en mercados emergentes (Centro y Sur America, Caribe y Norte de África). Desde este cargo ha tenido la oportunidad de enfrentarse a los problemas técnicos, logísticos y sobre todo culturales de proyectos en países tan variados como Jordania, Senegal, Uruguay, Chile, México y Jamaica. En su blog www.windfarmbop.com comparte sus aventuras eólicas con personas de procedencias muy diversas, pero que tienen su mismo entusiasmo para los parques eólicos, sus retos y el imparable desarrollo técnico que están viviendo en estos años.

FRANCESCO MICELI was born in Venice, Italy, in 1978. After graduating as civil engineer from Rome University, he began is career in Italy working on a number of linear infrastructure projects, including motorways, high speed train lines and regional roads. He fell in love with Spain after studying at the Technical University of Valencia for a year and in 2007 he relocated to Madrid. In 2010 he joined Vestas, moving into renewable energies where he found an invigorated market demand for ‘turnkey’ projects (i.e., not only wind turbine construction, but the attendant civil and electrical works as well). He presently forms part of a team specialising in emerging markets (Central and South America, the Caribbean and northern Africa). His position has afforded him the opportunity to solve the technical, logistical and especially the cultural problems arising in projects sited in countries as diverse as Jordan, Senegal, Uruguay, Chile, Mexico and Jamaica. His blog (www.windfarmbop.com) with tales of his wind energy adventures is read by people from a wide variety of origins who share his enthusiasm for wind farms, the challenges they pose and the relentless technical development they have undergone in recent years.

JOAN MORENO SANZ nace en Barcelona en 1979. Arquitecto por la ETS de Arquitectura de Barcelona (2004), Máster en inves- tigación en urbanismo (2010) y Doctor en urbanismo con mención internacional (2014) con la tesis titulada: “Esquinas territoriales: movilidad y ordenación territorial, un modelo de ordenación: el Randstad-Holland” por la Universidad Politécnica de Catalunya, sobre las nuevas centralidades urbanas en el entorno de la red de transporte neerlandesa: http://www.tdx.cat/handle/10803/134223 Desde 2007 colabora como docente especializado en urbanismo en los cursos de grado en Arquitectura de la ETS de Arquitectura de Barcelona (UPC), Máster de planificación Territorial de la Escuela de Geografía de la (URV), European Postgraduate Master in Urbanism (EMU), Escuela de Arquitectura ESARQ (UIC), y ETS de Arquitectura del Vallés (UPC). Sus investigaciones sobre el rol de la infraestructura de transporte en el sistema de centralidades territoriales han sido ampliamente difundidas en revistas científicas como Scripta Nova, y en numerosos congresos internacionales. Profesionalmente ha colaborado desde 2004 como técnico municipal con diversas administraciones públicas en la redacción de figuras de planificación regional y local, como el Ayuntamiento de Sabadell o el Área Metropolitana de Barcelona. En la actualidad forma parte del Departamento de Arquitectura y Urbanismo de Esteyco. JOAN MORENO SANZ was born in Barcelona in 1979. He graduated from the Barcelona School of Architecture (Polytechnic University of Catalonia, upc) in 2004, where he earned a master’s degree in urban planning in 2010 and an international honours PhD. in 2014 with a thesis on new urban centralities around the Dutch transport network: http://www.tdx.cat/handle/10803/134223 He has been teaching since 2007 as urban planning specialist in undergraduate courses at the Barcelona School of Architecture (ETSAB-UPC) and master’s courses on regional and urban planning at the School of Geography (Rovira i Virgili University-URV), the International University of Catalunya (UIC), the European Postgraduate Master in Urbanism (EMU) and the Vallés School of Architecture (ETSAV-UPC). His research papers on the role of transport infrastructure in urban centrality have been published in scientific journals such as Scripta Nova and presented at a number of international congresses. Since 2004 he has collaborated as municipal adviser to several public administrations, including the Municipality of Sabadell and the Greater Barcelona Authority, for the formulation of regional and local planning instruments. He presently holds a position with Esteyco in the Department of Architecture and Urban Planning.

364 365 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES

JORDI MORELLÓ SECANELL nace en Barcelona, en 1985. Arquitecto por la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Barcelona en 2010, (UPC – BarcelonaTech). Inicia su trayectoria profesional durante los estudios en un despacho de arquitectura especializado en planeamiento urbanístico, proyectos de edificación y equipamientos para la administración pública comoInfraestruc - tures.cat. En 2011 se incorpora a Esteyco formando parte del Departamento de Arquitectura y Urbanismo.

Desde entonces participa junto al equipo multidisciplinar de Esteyco en la redacción de diferentes concursos, proyectos de arquitectura y urbanismo como el análisis de conectividad entre Bogotá y la Calera, en Colombia o la urbanización de los accesos sobre el eje ferroviario de Sants en Barcelona. También interviene en proyectos de integración en el campo de la ingeniería viaria y ferroviaria como los túneles de la Plaza de las Glorias de Barcelona o la estación de alta velocidad de Sanabria en Zamora. Todo ello desarrollado para distintas administraciones locales, nacionales e internacionales. Por otro lado, colabora en la edición de publicaciones de carácter técnico y divulgativo para la Fundación Esteyco. JORDI MORELLÓ SECANELL was born in Barcelona in 1985. He graduated from the Barcelona School of Architecture in 2010 (Technical University of Barcelona). He began his career as a student, working in an architecture studio specialising in urban planning and private and public building design for municipal and regional authorities such as Infraestructures.cat. In 2011 he joined Esteyco’s Architecture and Urban Planning Department. Since then he has collaborated with the company’s multi-disciplinary staff in the formulation for public bodies of competition documents and architectural and urban planning designs, such as the analysis of Bogota-Calera connectivity in Colombia and the access roads over the Sants railway station in Barcelona. He has also participated in projects, likewise for local, national or international government agencies, to integrate road and railway infrastructures, including for instance the tunnel under Plaza de las Glorias in Barcelona and the Sanabria high speed railway station in Zamora. He takes part as well in the preparation of Fundación Esteyco’s technical and popular science publications.

JAVIER MUÑOZ ÁLVAREZ nace en Madrid en 1974. Estudia ingeniería de caminos, canales y puertos en la Universidad Politéc- nica de Madrid (1992-1998). Después de colaborar con el Departamento de Transportes de la Escuela Técnica Superior de Inge- niería de Caminos, Canales y Puertos de la citada universidad, se incorpora a Cintra (Grupo Ferrovial), donde participa en diversos proyectos de autopistas de peaje en Portugal, Sudáfrica, Argentina y España. Continúa su carrera profesional en Ingeniería Civil y Ambiental, S.L., redactando numerosos proyectos de obra civil y dirigiendo la ejecución de diversas obras de naturaleza pareja. Tras de un paso fugaz por el Servicio de Tecnología y Control de Calidad de la Consejería de Fomento de la Junta de Castilla y León, actualmente trabaja como Secretario de la Demarcación de Castilla y León del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

Ha publicado diversos artículos en revistas de ingeniería (Revista de Obras Públicas, Carreteras, Ingeniería y Territorio), y la misma Funda- ción Esteyco le ha editado sendos libros: La modernidad de Cerdá: más allá del Ensanche. Algunos apuntes de ingeniería y cultura y Anatomía de la ingeniería. Silva de varia lección. Es miembro de la Junta Directiva de la Red Intic (Innovaciones y Nuevas Tecnologías en la Inge- niería Civil) y de la Comisión Asesora de la Fundación Juanelo Turriano.

JAVIER MUÑOZ ÁLVAREZ was born in Madrid in 1974. He earned his degree in civil engineering at the Technical University of Madrid (1992-1998). After contracting with the Transport Department of that university’s School of Associate Civil Enginee- ring, he joined Cintra (Ferrovial Group), where he participated in a number of designs for toll roads in Portugal, South Africa, Argentina and Spain. He later moved on to Ingeniería Civil y Ambiental, s.l., where he authored many designs and acted as site supervisor for a variety of civil works. After a brief stint with the Castile and Leon Regional Department of Public Works’ Tech- nology and Quality Control Service, he accepted his present position as Secretary of the Castile and Leon Chapter of the Chartered Institute of Civil Engineers. He has authored a number of articles in engineering journals (Revista de Obras Públicas, Carreteras, Ingeniería y Territorio) and several books published by Fundación Esteyco: La modernidad de Cerdá: más allá del Ensanche [Cerdá’s modern vision: looking beyond Barcelona’s enlargement], Algunos apuntes de ingeniería y cultura [notes on engineering and culture] and Anatomía de la ingeniería. Silva de varia lección [anatomy of engineering, miscellaneous lessons]. He sits on the Red Intic Council (Innovaciones y Nuevas Tecnologías en la Ingeniería Civil) and the Fundación Juanelo Turriano Advisory Commission.

364 365 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

MIGUELTXO NÚÑEZ POLO nace en Elizondo (Navarra) en 1966. Ingeniero Industrial Mecánico por la Universidad de Zaragoza. En 1999 se incorpora a Acciona Windpower (inicialmente EHN) desempañando el cargo de Director del Departamento de I+D+i. En Agosto de 2000 se instala en Aizkibel (Navarra) el primer aerogenerador AW1300 (1 300 kW) con tecnología propia y desde entonces se han desarrollado las familias de aerogeneradores de 1 500 y 3 000 KW. También ha trabajado en los proyectos de diseño de parques eólicos.

Comenzó su carrera en la industria en Fagor –V. Luzuriaga de la Corporación Cooperativa Mondragón entre los años 1992 y 1996. Entre 1996 y 1999 trabajó en Gamesa Eólica como Director de Calidad en una primera etapa y Como Director de Servicios el último año. Fue Profesor Asociado a tiempo completo entre 1991 y 1992 en el Departamento de Ingeniería Mecánica del Centro Politécnico Superior de Ingenieros de la Universidad de Zaragoza. Entre 1993 y 2000 trabajó como Profesor Asociado a Tiempo Parcial en del Departamento de Ingeniería Mecánica, Térmica y de los Materiales de la Universidad Pública de Navarra.

MIGUELTXO NÚÑEZ POLO was born in Elizondo in the Spanish province of Navarra in 1966. He earned his degree in mechanical engineering from the University of Zaragoza. In 1999 he joined Acciona Windpower (formerly EHN) as R&D+I Department Manager. The first wind turbine with in-house technology, the 1 300 kW AW1300, was installed at Aizkibel, Navarra in August 2000 and followed by the development of the 1 500- and 3 000-kW families of turbines. Migueltxo has also worked on designs for wind farms.

His career began in manufacturing at Fagor - V. Luzuriaga, a Corporación Cooperativa Mondragón company, where he worked from 1992 to 1996. In the latter year he joined Gamesa Eólica as Quality Manager and was promoted to Service Manager in in his last year with the company (1999). He served as full-time associate professor with the Department of Mechanical Engineering at the University of Zaragoza’s Polyte- chnic Centre in 1991 and 1992. From 1993 to 2000 he taught as part-time associate professor at the Public University of Navarra’s Mechanical, Thermal and Materials Engineering Department.

MANFRED PETERSEN nace en Valparaíso, Chile, en 1962. Posteriormente vive en Guatemala, Irán y Alemania, donde termina sus estudios. Ingeniero Civil por la Universidad Técnica de Aquisgrán (RWTH Aachen). Trabaja ocho años en el Ingenieurbüro Friedrich & Feld en Bad Honnef, cerca de Bonn, Alemania, donde realiza proyectos y supervisa los cálculos estructurales de puentes y edificación. Decide vivir en España y se incorpora a Esteyco en 1997, formando parte del equipo de Estructuras en Madrid. Ha participado en proyectos de carreteras y de Líneas de Alta Velocidad (puentes mixtos y de hormigón pretensado o armado), en edificación singular (Palacio de Ferias, Málaga; Museo de Reina Sofía, Madrid), tanques de gas licuado y depuradoras. Su experiencia también incluye la Supervisión de las estructuras de más de cien tramos de autovías para el Ministerio de Fomento, para GISA y para el ADIF (Líneas de Alta Velocidad) y la inspección de puentes para la Línea de Alta Velocidad. Desde 2003 ha trabajado y se ha especializado en el diseño de cimentaciones de aerogeneradores, desde 2010 lleva el Departamento de Cimentaciones de Esteyco Energía.

MANFRED PETERSEN, born in Valparaíso, Chile in 1962, has lived in Guatemala, Iran and Germany, where he earned his degree in civil engineering from RWTH Aachen University. He worked as structural engineer for 8 years with Ingenieurbüro Friedrich & Feld at Bad Honnef, near Bonn, Germany, where he designed and supervised bridge and building structures. He decided to move to Spain in 1997, joining Esteyco’s Madrid office as a member of its structural team. He has participated in projects for roads and high speed railways (composite and prestressed or reinforced concrete bridges), prominent buildings (Malaga’s Conference Centre, Madrid’s Queen Sofia Museum), liquefied gas deposits and water treatment facilities. He has supervised the construction of over 100 sections of motorways for the Ministry of Public Works, GISA and ADIF (regional and national high speed railway line builders) and inspected high speed railway bridges. Specialising in wind turbine foundation design since 2003, he has headed the Esteyco Energía Foundations Department since 2010.

366 367 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES

JUAN CARLOS ROSA GARCÍA es ingeniero de caminos por la Universidat Politècnica de Catalunya (UPC). Su experiencia profesional abarca el análisis, el diseño, la construcción y la industrialización de estructuras. Inició su carrera profesional en el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la UPC en el ámbito de la investigación y la innovación estructural. Durante ese periodo colaboró en el equipo redactor de la Instrucción Española de Hormigón (EHE). Esta experiencia le proporcionó una sólida formación técnica sobre la que construir su posterior carrera profesional como ingeniero estructural. En la etapa posterior trabajó en Enginyeria Reventós, donde simultaneó las tareas de diseño y proyecto de estructuras con las de dirección facultativa y asistencia técnica de obra, participando en el diseño y construcción de más de 20 puentes y otras estructuras. Su experiencia en el sector de la energía comienza como ingeniero de torre en el Departamento de I+D de Alstom Wind, donde desarrolló la función de ingeniero de diseño estructural de torres para aerogeneradores offshore conjungando funciones orientadas tanto a proyectos como al desarrollo de producto. Actualmente mantiene una estrecha vinculación con la Universidad, colaborando en proyectos de investigación e innovación en el área de análisis avanzado de estructuras y donde está completando su formación con estudios de postgrado en el ámbito del Análisis Dinámico no-lineal de Estructuras.

JUAN CARLOS ROSA GARCÍA holds a degree in civil engineering from the Polytechnic University of Catalonia (UPC). His professional experience covers structural analysis, design, construction and industrialisation. As a member of the UPC’s Construction Engineering Department in the area of structural research and innovation, he collaborated in the drafting of Spain’s concrete building code. That experience afforded him a sound technical background on which to build his subsequent career as a structural engineer. He later jointed Enginyeria Reventós, where he worked both in structural design and site management / technical site assistance, participating in the design and construction of over 20 bridges and other structures. He began to work in the energy industry as tower engineer with Alstom Wind’s R&D Department, where structural design for off-shore wind turbine towers was geared to both specific projects and product development. He presently maintains close working relations with the university, collaborating in research and innovation projects in the area of advanced structural analysis and where he is now completing his training with postgraduate studies on the analysis of non-linear dynamic structural behaviour.

MIGUEL ÁNGEL RUIZ FERRER nace en Ibiza (Islas Baleares) en 1990. Es Grado en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Politécnica de Cataluña y Máster en Ingeniería y Gestión de las Energías Renovables por la Universidad de Barcelona. Es durante sus estudios cuando toma primer contacto con el ámbito de las energías renovables, concepto que desarrolla tanto en su proyecto final de carrera como en su tesis final de máster. Profesionalmente ha evolucionado hasta convertirse en un especialista eléctrico en las vertientes eólica, fotovoltaica y energética, complementando su formación con la asistencia a numerosas conferencias y cursos tanto nacionales como internacionales. Actual- mente forma parte del Departamento de Tecnología de Esteyco, ejerciendo su trabajo como Ingeniero de Proyectos en los ámbitos mencionados así como en el diseño de instalaciones urbanas y en edificación.

MIGUEL ÁNGEL RUIZ FERRER was born on the island of Ibiza (Balearic Isles) in 1990. He earned his diploma in electrical engineering from the Polytechnic University of Catalonia and his master’s degree in renewable energy engineering and management from the University of Barcelona. After his introduction to renewable energies as an undergraduate, he chose this as the subject of both his end-of-course project and his master’s thesis. He now specialises in wind and photovoltaic power generation and the energy-related aspects of electricity, supplementing his formal training with his assistance at any number of national and international conferences and courses. As a project engineer with Esteyco’s Technology Department, he works in the aforementioned areas as well as in the design of municipal facilities and building services.

366 367 CON EL VIENTO A FAVOR • WITH A FAIR WIND

JAVIER RUI-WAMBA MARTIJA, nace en Gernika en 1942. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos por la Universidad Politéc- nica de Madrid. Se inicia profesionalmente en el Plan Sur de Valencia y en la oficina de Freyssinet en París (1969). Funda la Sociedad de Ingeniería Esteyco en 1970, dirigiendo a un equipo pluridisciplinar, actualmente de 140 personas, con oficinas en Barcelona, Madrid, Bilbao, Bogotá, México, Chile, Brasil y presencia profesional en numerosos países. Ha realizado más de 800 proyectos y direcciones de obras, y trabajos de I+D+i. Durante 17 años, hasta 1991, fue Profesor de Estructuras y Puentes Metálicos en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid. Profesor honorífico de la Universidad Politécnica de Cataluña. Conferenciante invitado a nivel nacional e internacional. Ha presi- dido la Asociación Española de Consultores en Ingeniería. Miembro de honor y medalla de la ATEP por la contribución al desarrollo del hormigón pretensado en España en 1987. Medalla al Mérito Profesional (1992) y Medalla de Honor (2013) del Colegio Nacional de Ingenieros de Caminos. Medalla Ildefonso Cerdá 2015 del Colegio de Ingenieros de Caminos de Cataluña. Premio Construmat 1993. Premio ALE Heavylift a “Toda una vida” (2013). Miembro Numerario de la Real Academia de Ingeniería (1998). Preside también la Fundación ESTEYCO, que creó en 1991. JAVIER RUI-WAMBA MARTIJA, born in Gernika in 1942, holds a degree in civil engineering from the Technical University of Madrid. Early in his career he worked on the city of Valencia’s South Development Plan and in the Freyssinet office in Paris (1969). In 1970 he founded Esteyco, a multi-disciplinary engineering firm with a headcount today of 140 and offices in Barcelona, Madrid, Bilbao, Bogota, Mexico, Chile and Brazil, and a professional presence in a number of other countries. The firm has designed, site- managed and conducted over 800 works and R&D+I studies. For 17 years, until 1991, Javier taught the subject ‘Steel structures and bridges’ at Madrid’s School of Civil Engineering. Honorary professor at the Polytechnic University of Catalonia, he has been guest speaker at many a national and international congress. He is past President of the Spanish Association of Engineering Consultants and member of honour of ATEP (Asociación Técnica Española de Pretensado), which awarded him its medal of merit in 1987 for his contribution to the development of prestressed concrete in Spain. He has also been distinguished with the national Chartered Institute of Civil Engineers’ Medal for Professional Merit (1992) and Medal of Honour (2013), the Chartered Institute of Civil Engineers of Catalonia’s Ildefonso Cerdá Medal (2015), the Construmat Prize (1993) and ALE Heavylift’s award for ‘Lifetime Achievement’ (2013). He has been a full member of the Royal Academy of Engineering since 1998 and presides Fundación Esteyco, which he founded in 1991.

RAMÓN SAGARRA RIUS nace en Barcelona en 1963. Es Ingeniero Industrial por la Universidad Politécnica de Cataluña, Master en Administración de Empresas (MBA) por ESADE-Barcelona y Máster en Automatización Industrial y Robótica, con 23 años de experiencia en Ingeniería y Consultoría de Instalaciones y Urbanismo, especialmente en redes de servicios públicos urbanos e instalaciones energéticas, telecomunicaciones, automatización y control. Inicia su actividad profesional en Idom, posteriormente funda Eacom, ingeniería de telecomunicaciones y control de infraestructuras. Primer Director de Construcción de Cable i Televisió de Catalunya, actual ONO, durante 5 años. Durante 12 años es Director de Infraestructuras de 22@Barcelona, sociedad pública municipal encargada de la transformación de una importante área de la ciudad. Forma parte de equipo de Esteyco desde 2013, en calidad de Director del Departamento de Tecnología. Autor de artículos y publicaciones, tanto en el entorno universitario como divulgativo, compagina su actividad en Esteyco con la de profesor de las asignaturas Introducción a las TIC y de Despliegue de Infraestructuras de Telecomunicaciones en el departamento de Tecnología de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) en Barcelona. RAMÓN SAGARRA RIUS is an industrial engineer born in Barcelona in 1963. His formal training includes a BSc. in industrial engineering from the Technical University of Catalunya, a master’s degree in business administration from ESADE-Barcelona and a master’s in industrial automation and robotics. He has accumulated 23 years of experience in building services and urban planning engineering and consultancy, particularly in municipal public service grids and energy facilities, telecommunications, automation and control. After a stint with Idom early in his career, he founded Eacom, a telecommunications and infrastructure control engineering firm. He was appointed the first Construction Manager with Cable i Televisió de Catalunya, now ONO, a position he held for 5 years. He served as Infrastructure Manager for 12 years with 22@Barcelona, the municipal public company entrusted with renovating a sizeable area of the city. He has been Esteyco’s Technology Department Manager since 2013. He has authored many academic publication and articles for the general public. He combines his responsibilities at Esteyco with the delivery of two subjects, Introduction to ICT (Information and Communication Technologies) and Telecommunications Infrastructure Deploy- ment, as professor with the Pompeu Fabra University’s (UPF, Barcelona) Technology Department.

368 369 RESEÑAS BIOGRÁFICAS • BIOGRAPHICAL SKETCHES

DAVID SARRASÍN GÓMEZ nace en Bilbao en 1970, aunque desde hace más de cuarenta años vive en Pamplona. Licenciado en Ciencias Económicas y Empresariales (rama de empresa) por la Universidad de Deusto (ESTE). Comienza su carrera profesional en Consultoría para el sector industrial, donde permanece cinco años. Los siguientes cinco años es Director Financiero en España de un grupo Internacional industrial proveedor del automóvil. Hace once años empieza a trabajar en el sector eólico. Desde la responsabilidad financiera su mayor interés se centra en el Control de Gestión, la búsqueda de los porqués del resultado de la Empresa. Esta vocación le hace ir ganando conocimiento técnico básico en casi todas las áreas de actividad de su compañía, y evolucionar desde un puesto financiero a un puesto más trasversal, a caballo entre lo comercial, lo técnico y la gestión de proyectos, que es el que desempeña en la actualidad y que se define como Dirección de Mejora de alor.V

DAVID SARRASÍN GÓMEZ, although born at Bilbao in 1970, has lived in Pamplona for over 40 years. He earned his degree in economics and business administration (majoring in enterprise) from the University of Deusto (School of Business Administration, San Sebastián). In the first 5 years of his career, he worked as a consultant for the manufacturing industry. In the following five, he served as Financial Manager, Spain, for an international automotive components manufacturer and 11 years ago he began to work in the wind industry. Given his financial responsibilities, his focus is on management control, the pursuit of the whys and wherefores of company results. In keeping with that focus, he has acquired a basic technical understanding of nearly all his company’s lines of business, moving from a strictly financial to the more cross-disciplinary position he currently holds as Value Enhancement Director in a division that straddles sales, engineering and project management.

JOSÉ SERNA GARCÍA-CONDE es Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos titulado por la UPC de Barcelona en la promoción de 2001 y desde entonces forma parte de Esteyco, donde actualmente es Director de Tecnología y miembro del Consejo. Ha trabajado en el diseño y construcción de múltiples puentes y estructuras singulares y su libro, Los Puentes del Tren, se publicó en 2006. En 2007 cofundó Esteyco Energía, división especializada de Esteyco que proporciona servicios de ingeniería avanzada en el sector de la energía. En los últimos 14 años ha estado involucrado en proyectos y servicios de consultoría para más de 300 parques eólicos en una treintena de países, en particular, desde la ingeniería estructural y geotécnica. Ha liderado varios proyectos nacionales e internacionales de I+D en estructuras avanzadas y, en particular, en innovadoras subestructuras para aerogeneradores tanto onshore como offshore, que han resultado en soluciones pioneras y patentadas de torres o cimentaciones prefabricadas para aerogeneradores, de las que más de 500 se han construido y operan hoy a escala industrial. Ha escrito artículos y dado conferencias sobre la materia en diversos congresos internacionales y cursos de postgrado.

JOSÉ SERNA GARCÍA-CONDE obtained his degree in Civil Engineering in the Technical University of Barcelona in 2001, and since then he has been part of Esteyco, were he is currently Chief Technology Officer (CTO) and Board Member. He has worked in the design and construction of multiple bridges and singular structures, and his book Los Puentes del Tren was published in 2006.

In 2007 he co-founded Esteyco’s specialized division Esteyco Energia which provides advanced civil engineering services in the energy sector. For the last 14 years he has been involved in projects and consultancy services for over 300 wind farms in nearly 30 countries, with particular focus on structural and geotechnical engineering. He has led several national and international R&D and experimental projects on advanced structures and in particular innovative substructures for both onshore and offshore wind turbines, which have resulted in pioneer and patented precast concrete tower and foundation solutions, of which more than 500 have been built and are currently operating at an industrial scale for several main turbine manufacturers. He has written papers and held conferences in the matter in several international congresses and postgraduate courses. .

368 369 * los libros agotados están disponibles en formato electrónico en nuestra página web www.fundacionesteyco.com *electronic versions of the books that are out of print can be founded at www.fundacionesteyco.com PUBLICACIONES DE LA FUNDACIÓN ESTEYCO • LIST OF FUNDACIÓN ESTEYCO PUBLICATIONS

PABLO ALZOLA LA ESTÉTICA DE LAS OBRAS PÚBLICAS /ESTETICA HERRI-LANETAN * LUCIO DEL VALLE MEMORIA SOBRE LA SITUACIÓN, DISPOSICIÓN Y CONSTRUCCIÓN DE LOS PUENTES. 1844 * EN TORNO A LEONARDO TORRES QUEVEDO Y EL TRANSBORDADOR DEL NIÁGARA * JULIO CANO LASSO CONVERSACIONES CON UN ARQUITECTO DEL PASADO CARLOS FERNÁNDEZ CASADO * JAVIER RUI-WAMBA MARTIJA AFORISMOS ESTRUCTURALES / STRUCTURAL APHORISMS MARIO ONZAIN LA RÍA DE BILBAO ANTONIO FERNÁNDEZ ALBA ESPACIOS DE LA NORMA. LUGARES DE INVENCIÓN. 1980-2000 JOSÉ LUIS MANZANARES LAS PUERTAS DEL AGUA VARIOS AUTORES LAS GEOMETRÍAS DEL TREN / LES GEOMETRIES DEL TREN EUGÈNE FREYSSINET. FRANK GUYON. JAVIER RUI-WAMBA Y ANTONIO F. ALBA EUGÈNE FREYSSINET UN INGENIERO REVOLUCIONARIO / UN INGÉNIEUR RÉVOLUTIONNAIRE MIGUEL AGUILÓ. JAVIER MANTEROLA. MARIO ONZAIN. JAVIER RUI-WAMBA JAVIER MANTEROLA ARMISÉN. PENSAMIENTO Y OBRA PABLO OLALQUIAGA. ALFONSO OLALQUIAGA EL LIBRO DE LAS CURVAS * JOSÉ SERNA GARCÍA-CONDE LOS PUENTES DEL TREN FRANCISCO GALÁN SORALUCE LA ENERGÍA DE LOS FLUÍDOS ANDREU ESTANY I SERRA. JAVIER RUI-WAMBA. GLORIA IRIARTE. MARIO ONZAIN ARQUITECTES ENTRE ENGINYERS / ARQUITECTOS ENTRE INGENIEROS JAVIER MUÑOZ ÁLVAREZ. JOSEFINA GÓMEZ MENDOZA. JAVIER RUI-WAMBA MARTIJA LA MODERNIDAD DE CERDÁ: MÁS ALLÁ DEL “ENSANCHE” ALGUNOS APUNTES DE INGENIERÍA Y CULTURA VARIOS AUTORES LA INGENIERÍA DE LA BICICLETA VARIOS AUTORES ARQUITECTURA E INFRAESTRUCTURAS LUIS IRASTORZA LAS CIUDADES DEL SIGLO XXI ENSAYO SOBRE SUS FUNDAMENTOS SOCIOECONÓMICOS, TECNOLÓGICOS, ENERGÉTICOS Y CLIMÁTICOS ANDREU ESTANY I SERRA CARTAGENA DE INDIAS, REALIDAD Y FUTURO ROGER BESORA I FOIX A LA LUZ DE SAN PETERSBURGO • В СВЕТЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА LA PRESENTE PUBLICACIÓN HA SIDO EDITADA POR LA FUNDACIÓN ESTEYCO THE PRESENT PUBLICATION HAS BEEN EDITED BY FUNDACIÓN ESTEYCO fundacion esteyco

RAMÓN LÓPEZ MENDIZABAL

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