la actual situación del · 2020-06-29 · •la reducción del lcoe es el objetivo final: punto de...
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La actual situación del
I+D+i del sector eólico
TEMAS A ABORDAR
• Situación tecnológica del sector eólico.
• Prioridades de I+D+i del sector.
• La propiedad intelectual y las patentes.
SITUACION TECNOLOGICA DEL SECTOR EOLICO
PRESIÓN EN LA REDUCCIÓN DEL LCOE
Fuente: MAKE
INCREMENTO DE TAMAÑO
Fuente: IRENA
POSICIÓN EN EL MERCADO ESPAÑOL
Fuente: AEE
COMPOSICIÓN MERCADO EÓLICO MUNDIAL
Acumulado Global
2019
2018
Relación de fabricantes de turbinas eólicos y su peso actual en el mercado. 2019.
Relación de fabricantes de turbinas eólicos en el año 2019.
Relación de fabricantes de turbinas eólicos en el año 2018. (IRENA)
Fuente: WOOD-MACKENZIE
APLICACIÓN POR PATENTES
OEM Aplicaciones de patentes
GE 4764
ENERCON 4270
SIEMENS GAMESA 4196
VESTAS 3646
SENVION 1267
GOLDWIND 549
NORDEX ACCIONA 532
EVOLUCIÓN POR SU POSICION EN EL MERCADO
Fuente: WOOD-MACKENZIE
MERCADO GLOBAL POR REGIONES AÑO 2019
Fuente: WOOD-MACKENZIE
MERCADO MUNDIAL POR REGIONES
Fuente: informe “Future of wind” IRENA
PRODUCTOS POR FABRICANTES
Rangos de potencia por fabricanteRelación de fabricantes con clases de la
normativa 61400-1
Off shore
OEM IEC Ia IEC Ib IEC IIa IEC IIb IEC IIIa IEC IIIb IEC S
Vestas 105-112 135 90-136 100-126 90-110 150 120-162
Siemens Gamesa 114-132 154-167 (DD) 145 145 114-122 114-167 (DD)
GE 117 150 (DD) 82,5-117 130 103-130 137-158 87-116
GoldWind 82-155 109 155
Envision 93-141
Enercon 44-136 48-147 103-160 53-70
Mingyang 70 155-158 82-87 89-135 89-180
Nordex Acciona 117 131 131 149-155
Senvion 82 118-126 104-114 122-144 122-144 130-148
Suzlon 111-120 111-128
United Power 100-136 77-100 (DD) 100-120
Sewind 130-154 62 87 94-116 70-122 105-167
Windey 103 107-139 107-115 121
CSIC HZ Windpower 82-87 56-103 111
XEMC 115 140 93-128
OEM 1MW 2MW 3MW 4MW 5MW 6MW 7MW 8MW
Vestas
Siemens Gamesa
GE
GoldWind
Envision
Enercon
Mingyang
Nordex Acciona
Senvion
Suzlon
United Power
Sewind
Windey
CSIC HZ Windpower
XEMC
ESFUERZO PUBLICO DE APOYO AL I+D+I
Fuente: REOLTEC y COTEC
PRIORIDADES INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN
VIENTO, DIGITALIZACIÓN Y CONTROL
Prioridades de I+D+i
Viento: mejora conocimiento del
comportamiento en el parque eólico
Mejora medidas en condiciones complejas
Disminución indertidumbres de
medida
Mejora de la modelización y
predicción
Digitalización y Control
Estrategias control WTG y WF
Sistemas centralizados control
plantas
Desarrollo de sensores virtuales
PALAS, EN GENERAL LIGADO AL MAYOR DIÁMETRO PARA REDUCIR EL LCOE
PALAS
Nuevas configuraciones
Perfiles flexibles
Inclusión fibra
carbono y/o tecnologías
H-Glass
Nuevos revestimientos
Materiales EM stealth
coating
Reducción de
cargas
Palas seccionadas
Economía circular:
reciclaje centrado
en palas
TRANSMISIÓN MECÁNICA, ORIENTADA TAMBIÉN A LA REDUCCIÓN DE COSTES Y CARGAS, DADO EL ELEVADO TAMAÑO
Tra
nsm
isió
n m
ecá
nicaNuevas configuraciones
multiplicadoras
Soluciones tecnológicas evita White etching crack
Mejora disponibilidad
CONVERTIDORES E INTEGRACIÓN EN RED
Convertidores e integración
en red
Nuevos conceptos
Soluciones de aporte de
inercia
Configuración que permita arranque de
cero
Integración filtros de potencia
Convertidores de alta gama
para cumplimiento
nuevos códigos de red
Energía eólica 100%
gestionable
Impulso soluciones híbridas
Soluciones para evitar armónicos
TORRES Y CIMENTACIONES, MODULARIDAD, DISMINUCIÓN DE
PESO Y FACILIDAD DE MONTAJE
Configuraciones híbridas
Sistemas de auto-izado de torres
Cimentaciones modulares
prefabricadas
Nuevos conceptos de montaje
Mejora sistemas de control integrados
Las torres y las
cimentaciones
suponen más del
30% del total del
coste del
aerogenerador
EÓLICA MARINA
Prioridades eólica marina
Sistemas flotantes bajo coste y
adaptables a diferentes entornos
Generadores con
superconductores
Sistemas flotantes
multiturbina
Sistemas de comunicación
y control
Cubiertas “self
healing” para cables
Moorigns
Acceso seguro de los trabajadores
MANTENIMIENTO, ALARGAMIENTO DE VIDA Y REPOTENCIACIÓN
Alargamiento de vida
Análisis vida útil restante
Desarrollo herramientas de
simulación
Nuevas soluciones de monitorización
Extensión de vida hasta 40 años
Repotenciación
Evaluación del flujo eólico en
emplazamientos con tecnología
heterogénea
Estándarización de los componentes
claves
Ingeniería inversa de fabricantes
desaparecidos
Mantenimiento
Mejorar el diagnóstico
Estandarización de componentes
Mejorar las técnicas de O&M
Soluciones sin grúa para reemplazo y
montaje
El mantenimiento es
clave para la
disponibilidad y
duración de los
componentes
PROPIEDAD INTELECTUAL Y PATENTES EN EL SECTOR EÓLICO
ESTRATEGIA DE ESTUDIO
Periodo
2018-2019
Estudio global
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Control
Cargas
Estructura
Marina
Red
Extensión de vida
Ruido
Dinámica
Entorno (atmosférico)
Aerodinámica
Tecnología Número de patentes
Control 752
Cargas 724
Estructura 305
Marina 227
Red 211
Extensión de vida 195
Ruido 165
Dinámica 75
Entorno (atmosférico) 71
Aerodinámica 33
Aumentar la captura de energía
• Incremento del rotor
• Sistemas de control alternativo al
fabricante – algoritmos en PLC.
• Equipos autónomos gestión de
operaciones.
• Equipos off shore.
Patente WO2019209036A1 - Sistema de control de paso a través de sensores de presión.
Reducción de costes
• Disminuir desgaste.
• Rotura prematura de componentes.
Cargas dinámicas
• Transmisión mecánica y dinámica.
• Sistemas de paso y de orientación.
Patente WO2019158324A1 - diseño de un perfil de pala ranurado
Reducción de costes - reducción de cargas
• Sistemas de paso (pitch).
• Sistemas de orientación (YAW).
• Perfiles aerodinámicos.
• Nuevas torres y cimentaciones.
• Otras: concentradores, equipos alternativos,
modelos sin palas ni rotor.
Patente WO2019114897A1 - torre con amortiguación.
Viabilidad técnica
• Flotadores.
• Equipos auxiliares (equipos eléctricos).
Destaca falta de desarrollo de los pilotes.
Patente WO2019089834A1 - sistema estabilizador para turbinas eólicas flotantes.
Mejor gestión de la energía
• Convertidores electrónicos - necesidad del
sistema.
• Sistemas de almacenamiento y gestión de la
energía - batería y filtros de potencia activa.
• Configuraciones del control - inercia al sistema.
Patente WO2019145006A1 - lazo de operación de control de la operación de las turbinas conectadas a red.
Mayor captura de energía
• Algoritmos y software (gemelo digital).
• Sistemas de monitorización.
• Mantenimiento: recubrimientos, pinturas,
reparación.
Ruido aerodinámico
• Bordes de salida dentados.
• Winglets.
• Generadores de vórtices.
Ruido mecánico
• Motores.
• Sistemas hidráulicos.
Patente WO2019047537A1 - recubrimiento con generadores de vórtices para reducir la vibración y ruido.
Mayor captura de energía
• Recurso de forma predictiva.
• Mejora de las torres meteorológicas - precisión
y coste.
• Algoritmos de simulación de emplazamientos
potenciales.
• Algoritmos de cálculo de estelas.
Patente WO2019068606A1 - sensores de presión para monitorizar el recurso en tiempo real.
Aumentar captura de energía
Palas: coeficiente de potencia
• Apéndices aerodinámicos
• Winglets.
• Vortex generators.
• Estrías.
Góndolas: compactación
• Aerodinámica.
Torre: menor impacto aerodinámico
• Aerodinámica.
Patente WO2019046988A1 - Instalación híbrida eólica y solar de concentración.
Patente WO2019034655A9 - nuevo diseño de turbina eólica
1. Pala (rotor)
2. Control de
turbina
EVOLUCIÓN PATENTES POR COMPONENTE Y AÑOS
Number of patent applications filed per year in different patent classifications of wind turbine technology
(data until 2015) Fuente: Potte Clarkson.
ACTORES CLAVE PATENTES 2018-2019
USA 21%
JAPON 18%
ALEMANIA 12%
KOREA 10%
CHINA 5%
UK 4%
DINAMARCA 4%
TAIWAN 3%
FRANCIA 3%
ESPAÑA 2%
ITALIA 2%
CANADA 2%
AUSTRALIA 1%
PAISES BAJOS 1%
ISRAEL 1%
SUIZA 1%
INDIA 1%
Otros (<1%) 8%
USA 18%
ALEMANIA 17%
DINAMARCA 15%
Otros (<1%) 10%
JAPON 8%
UK 5%
CHINA 5%
ESPAÑA 4%
KOREA 4%
FRANCIA 2%
PAISES BAJOS 2%
ITALIA 2%
CANADA 2%
INDIA 1%
TAIWAN 1%
SINGAPUR 1%
REPARTO GEOGRÁFICO RENOVABLES VS EÓLICA
0
50
100
150
200
250
300
350
400
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
USA ALEMANIA DINAMARCA Otros (<1%) JAPON UK
CHINA ESPAÑA KOREA FRANCIA PAISES BAJOS ITALIA
CANADA INDIA TAIWAN SINGAPUR
REPARTO GEOGRÁFICO EÓLICA
REPARTO GEOGRÁFICO PERIODO 2018-2019
0
20
40
60
80
100
120
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019*
SOLAR TÉRMICA SOLAR FOTOVOLTAICA EÓLICA HIDRÁULICA MARINA GEOTÉRMICA BIOENERGÍA Resto (TMCC Indirectas)
TENDENCIAS ACTIVIDAD PATENTADORA
0
20
40
60
80
100
120
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019*
TENDENCIAS ACTIVIDAD PATENTADORA
ESTRATEGIA DE ESTUDIO
Periodo
2018-2019
Periodo 2000-2020
4 áreas principales
• Palas
• Control
• Multiplicadora
• Electrónica de potencia
Estudio global
ESTRATEGIA DE ESTUDIO
Periodo
2018-2019
Periodo 2000-2020
4 áreas principales
• Palas
• Control
• Multiplicadora
• Electrónica de potencia
Estudio global
2020 en adelante
Áreas más destacables:
• Electrónica de potencia
• Control
• Alto voltaje corriente continua (DC)
• Rodamientos
ACTIVIDAD PATENTADORA FUTURA
0
500
1000
1500
2000
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Control Electrónica de potencia Multiplicadora Palas
• La reducción del LCOE es el objetivo final: punto de equilibrio entre mejora de producción y
aumento del CAPEX
• El incremento del diámetro es una constante de todos los fabricantes y todos tienen productos
de clase S.
• El aumento de producción supone un aumento de cargas, la mayor parte de la innovación se
dirige a las mejoras del control y a la reducción de las mismas por la mejora de la
aerodinámica y los nuevos materiales
• Nuevas configuraciones de torres para reducir costes y reducir los tiempos de montaje
• La eólica marina flotante sigue siendo un reto tecnológico importante
• La nueva reglamentación debe ayudar a la puesta a punto de productos en un mercado
globa
CONCLUSIONES
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