Así son los ingenios voladores que generan electricidad desde las alturas

Los AWES se presentan como una alternativa cuando no es posible instalar los grandes aerogeneradores eólicos que conocemos. Ocurre en muchas ocasiones que estos colosos del viento se ven limitados en tierra por cuestiones logísticas en zonas de difícil acceso, o porque no hay espacio disponible, o existe un área de especial protección medioambiental, o no hay aceptación social o sencillamente no se cuenta con presupuesto o no son rentables. Y en mar, son las profundidades las que impiden levantar las grandes turbinas. La opción puede ser entonces desplegar un sistema AWE. Se piensa en ellos para cubrir las necesidades energéticas de islas, de zonas remotas y aisladas, en lugares donde no llega la red eléctrica o la red es pequeña, en áreas rurales, incluso para situaciones de catástrofe o emergencia porque son sistemas versátiles y fáciles de mover. Lo más innovador que se ha experimentado es un sistema AWE para ayudar en la propulsión de barcos.

Veinte empresas europeas se han enfrascado en el desarrollo de estas soluciones. Forman parte de la asociación Airborne Wind Europe. En total cerca de 70 organizaciones (centros de investigación, startup, compañías...) en el mundo conforman este nuevo sector al que ya se le ha colgado un futuro muy prometedor. Incluso la Agencia Internacional de la Energía lo ha incluido en su lista de tareas de investigación con el fin de crear «una comunidad sólida que trabaje en conjunto para identificar y mitigar las barreras para el desarrollo y despliegue de sistemas de energía eólica aérea». «Son sistemas renovables y con bajo impacto ambiental. Necesitan un 90% menos de material que una turbina eólica. Una cometa sustituye la torre y las palas de un aerogenerador convencional», defiende Kristian Petrick, secretario general de Airborne Wind Europe.

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A este nuevo reto miran también empresas españolas. Se abre así un nuevo campo de actividad donde podemos dar la talla pues contamos con una potente industria eólica cuyas capacidades se pueden trasladar a toda la cadena de valor de los sistemas AWES. Además tenemos abundante recurso eólico en gran parte del territorio, disponemos de terreno para implantar estas soluciones y en zonas con baja densidad de población.

Otro interesante atractivo para desplegar aquí estos sistemas, y en consecuencia desarrollar toda la industria que los respalda, es el fuerte impulso que se quiere dar en España al autoconsumo. En la revisión del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (Pniec) se ha previsto instalar 19 GW de autoconsumo solar para el año 2030. Y, aunque este documento no mencione expresamente la tecnología AWE, la idea es que estos sistemas pueden hibridar con los paneles fotovoltaicos. «AWE permite ajustar continuamente la altitud de captación del mejor recurso eólico disponible. Y eso aumenta su compatibilidad con otras renovables e hibridar con la energía solar fotovoltaica», garantiza Petrick. «Vemos mucho mercado en el autoconsumo compartido por empresas y en las comunidades energéticas -asegura-. Una pequeña instalación AWE de 100 kW produciría cinco veces más energía que una planta fotovoltaica del mismo tamaño y potencia. En las islas ya somos competitivos frente a la generación diésel: con una planta estándar de 100 kW el coste de kWh sería de 20 céntimos y produciría energía para satisfacer las necesidades de 150 hogares durante un año».

Un estudio realizado por CT Ingenieros prevé que en menos de cinco años tendremos los primeros parques de demostración AWES españoles y a medio plazo (en una década) los primeros proyectos comerciales para el mercado del autoconsumo (de hasta 100 kW) y para sustituir los grandes aerogeneradores que se vayan quedando obsoletos. «Es un sector con un gran potencial. Vamos a ser complementarios a la eólica tradicional. Hay grandes partes del territorio sin cubrir con aerogeneradores porque no es posible por diferentes motivos y donde sí podrían operar las cometas», garantiza Agustín Arjonilla, Senior Consultant de CT Ingenieros. Además, destaca otro mercado donde los AWES pueden tener una gran salida. «Son sistemas -dice- que proporcionan energía inmediatamente y son muy fáciles de transportar (básicamente es un camión) y de desplegar. Se puede utilizar en emergencias, en un barco, en un pueblo o en un resort».

Para conseguir esos desarrollos, esta industria necesitará «esquemas específicos de apoyo a sistemas AWES con tarifas especiales como también se hizo con otras renovables y estar exentos de ciertos permisos y estudios que se necesitan para parques eólicos pero que se pueden simplificar para nuestra tecnología», reclama Petrick.

La ingeniería CT está desarrollando junto a un equipo de investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid un prototipo AWE (Made in Spain) que ya ha levantado el vuelo en sus primeros ensayos. «Hemos conseguido un vuelo autónomo con un software de control. Esperamos tener la primera máquina para que entre en operación este mismo año. Ahora podemos hacer estos ensayos bajo la normativa de drones en línea de vista. Pero los AWES son drones cautivos con un cable a tierra, capturamos el viento pero no volamos libremente como cualquier dron. Para avanzar necesitamos que la normativa nos considere autónomos y poder volar sin restricciones», considera Agustín Arjonilla.

La empresa gallega Grupo Head-Up también pretende ser pionera en el desarrollo de esta tecnología en España. Tanto para su aplicación en comunidades energéticas híbridas, donde diversas tecnologías se complementan, como para utilizar sistemas AWES en barcos. «Queremos desarrollar y probar un proyecto piloto con buques reemplazando hasta 2 MW la potencia de propulsión del motor principal. Las cometas vuelan a altitudes de hasta 400 metros. Durante el vuelo, el software del piloto automático garantiza que la cometa vuele patrones definidos basados en la dirección y velocidad del viento, así como en la velocidad de la nave, para que genere una propulsión óptima. El proceso de lanzamiento y recuperación de la cometa está automatizado y solo requiere unas pocas acciones simples en cubierta por parte de la tripulación del barco», explica Andrés Álvarez, responsable de Desarrollo de Negocio de Head-Up.

Un impulso para la industria AWES española va a venir del centro de excelencia que se construya en La Gomera, un laboratorio donde se probarán este tipo de dispositivos llegados de cualquier parte del mundo. «Será un centro vital y crítico para el sector a nivel mundial. Cualquier empresa de cualquier país podrá volar, probar y conectar a red sus prototipos», explica Arjonilla. Y además ayudará a la descarbonización de la isla.

Una de las primeras empresas que ya se ha comprometido a testar una de sus soluciones en el centro de excelencia de La Gomera es la holandesa Kitepower. «Vamos a probar y validar nuestro primer producto: un sistema que utiliza cometas enormes (Hawk de 30 kW) para producir energía y almacenarla en baterías», explica Johannes Peschel, CEO y cofundador de Kitepower.

Y la isla canaria tiene el entorno que necesitan para terminar de perfeccionar su tecnología. «La Gomera -dice Peschel- ofrece unas condiciones únicas en cuanto a disponibilidad de viento y paisaje montañoso, lo que resulta ideal para hacer las pruebas finales de nuestro sistema en entornos y condiciones donde aún no hemos volado. La Gomera también servirá como modelo a seguir para que otras islas busquen tecnologías verdes innovadoras. Para nosotros es una oportunidad perfecta para interactuar con las comunidades isleñas y aprovechar estas oportunidades de mercado».

Además de las islas, Kitepower cree en el potencial que los AWES tienen en ubicaciones remotas o en lugares donde no llegan las redes eléctricas. «Son sistemas altamente móviles que se pueden instalar en muy poco tiempo y pueden funcionar de día o de noche. Por acceder a vientos de mayor altitud, por su movilidad, versatilidad y su escasa intervención en el paisaje, los AWES son una alternativa ideal para generar energía limpia y asequible», sentencia Peschel.

La empresa alemana SkySails nació en 2001 con una innovadora propuesta: lograr que grandes cometas pudieran ser utilizadas para proporcionar energía en la navegación de barcos. De hecho, esta solución llegó a probarse en buques. «La idea evolucionó hasta convertirse en una aplicación industrial capaz de remolcar un buque de 30.000 toneladas y sustituir 2 MW de potencia de propulsión», recuerda Mark Hoppe, jefe de Asuntos Públicos y Desarrollo Comercial de SkySails.

La cometa tenía 400 m2 y generaba hasta 25 veces más energía por metro cuadrado que las velas convencionales. Se estimó que este sistema podía ahorrar a un buque entre un 10 y 15% de combustible al año. Pero entonces, «el uso de energías renovables aún no era una prioridad en el sector naviero», dice Mark Hoppe. Así que en 2016 SkySails reorientó su objetivo a tierra firme. Hoy uno de sus sistemas AWE está operativo y conectado a la red eléctrica en Isla Mauricio. «Ahora mismo tenemos más de 20 sistemas en distintos proyectos en desarrollo. En Alemania, nuestro proyecto Aquilon ha recibido una evaluación preliminar positiva. Alimenta con energía eólica y fotovoltaica una instalación de almacenamiento de gas en Peckensen», cuenta Hoppe. Esto significa que las autoridades locales consideran que la instalación del sistema AWE en Peckensen no tiene efectos negativos sobre las personas, los animales, las plantas, el suelo, el agua...

En islas remotas, en zonas montañosas de difícil acceso, para consumidores medios, en combinación con generadores diésel, con parques fotovoltaicos... los sistemas AWES tienem muchas posibilidades. «En la próxima década veremos un despliegue generalizado de parques eólicos terrestres y marinos a gran escala. Hoy entramos en nuestro primer mercado: la sustitución de la generación de energía diésel en islas y zonas aisladas, un negocio multimillonario y muy rentable. Para lograr esos objetivos estamos formando asociaciones estratégicas con conocidos líderes del sector», afirma Hoppe.

Aprovechar los vientos de altura para propulsar buques es también un proyecto que desarrolla la empresa alemana Oceanergy. «Nuestro sistema K1 Kite Propulsion produce electricidad directamente con una o más cometas. Y utiliza aproximadamente el 50% de la fuerza de tracción para la propulsión del barco», cuenta Wolfram Reiners, director ejecutivo de Oceanergy. La idea que persigue esta compañía es lo que denomina 'energy ship', es decir barcos energéticos. Estos incluso podría electrolizar agua del mar para generar hidrógeno verde en la propia embarcación que luego se descargaría en terminales portuarias o que alimentaría a otros buques de carga. «La cuarta generación de nuestro sistema de propulsión de cometas K1 está lista para construir y para ser implementada en el primer prototipo pequeño de un 'energy ship'», dice Reiners.

De todos los sistemas AWES que se están desarrollando el más avanzado y prometedor es la generación de electricidad en tierra a partir cometas en vuelo. «Cuando la cometa asciende, vuela en forma de ochos desde, por ejemplo, 200 metros de altitud hasta 600. A medida que gana altura, tira y desenrolla el cable de un cabestrante que está en tierra y que va girando. Este está conectado a un generador donde se produce la electricidad. Cuando la cometa vuelve a bajar a 200 metros, se enrolla el cable y al ascender empieza el ciclo otra vez», explica Kristian Petrick. Este sistema se conoce como 'yo-yo' o de bombeo. Sin embargo, hay otras soluciones como generar la electricidad con un aerogenerador que se instala en la aeronave y la energía se evacua por un cable hacia una base en tierra.

Ingenios voladores del futuro para aprovechar los privilegiados vientos de las alturas que tendrán un lugar en el mix energético de la descarbonización.