Windstory #26 - OptiGen: la startup que quiere revolucionar el drivetrain de los aerogeneradores direct drive (I)
La startup española OptiGen ha presentado un innovador diseño de drivetrain para aerogeneradores direct drive. Hemos hablado con ellos para traerte todos los detalles.
Hola a todos y bienvenidos a una nueva edición de Windletter. Soy Sergio Fernández Munguía (@Sergio_FerMun) y aquí hablamos de la actualidad del sector eólico desde un punto de vista diferente. Si no estás suscrito al boletín puedes hacerlo aquí.
Windletter está patrocinado por:
🔹 Tetrace. Proveedor de servicios de O&M, ingeniería, supervisión y repuestos líder en el mercado renovable. Más información aquí.
🔹 RenerCycle. Desarrollo y comercialización de soluciones y servicios especializados en economía circular para energías renovables. Más información aquí.
🔹 Nabrawind. Diseño, desarrollo, fabricación y comercialización de tecnologías eólicas avanzadas. Más información aquí.
Windletter is also available in English here
Windstory es la sección de reportajes de Windletter. Una sección en las que hacemos artículos monotemáticos y/o contamos historias interesantes del sector eólico.
De vez en cuando, sin periodicidad definida, os irá llegando una edición de Windstory a la bandeja de entrada. Puedes leer otros reportajes aquí.
El pasado mes de julio la startup española Optimized Generators (OptiGen) presentó al mercado su solución patentada de drivetrain para aerogeneradores direct drive. Lo hizo en exclusiva a través de Windpowermonthly y su propuesta tecnológica ha llamado bastante la atención en el sector.
Me quedé con las ganas de conocer más sobre la empresa y entender mejor su tecnología, así que he decidido preparar un reportaje en profundidad para analizarla al detalle.
Además, el equipo de OptiGen ha accedido amablemente a responder nuestras preguntas, lo que nos permite ofrecer contenido exclusivo a Windletter.
Dado que no soy especialista en drivetrain de aerogeneradores, y aunque he investigado y estudiado el tema lo que he podido, para la revisión de este artículo he contado con la amable colaboración de Windtechs, una consultora y Market Intelligence especializado en tecnología de aerogeneradores.
Windletter es una publicación apoyada por su comunidad de lectores. Si disfrutas el contenido, puedes suscribirte de forma gratuita o unirte a Windletter Community para acceder a contenidos y ventajas exclusivas.
OptiGen: revolucionando el drivetrain de los aerogeneradores direct drive
OptiGen fue fundada en Barcelona en 2023 y cuenta con un equipo fundador que es, sin duda, su mejor carta de presentación y uno de sus mayores activos, gracias a su amplia experiencia en el sector.
Blai Pié i Valls – CEO y CFO, con trayectoria en el ámbito de la inversión en energías renovables.
Stefan Keller – co-CEO, con experiencia en Alstom, GE y actualmente en la consultora de ingeniería CREADIS.
Santiago Canedo – CTO, con una extensa carrera en el sector eólico, desde los tiempos de Ecotècni, pasando por GE, hasta X1 Wind.
Entre los tres suman más de 40 años de experiencia en el sector eólico, incluyendo el desarrollo de turbinas offshore desde 6 hasta 15 MW, abarcando desde estudios de viabilidad hasta la operación comercial.
El origen del proyecto
Según nos cuenta Santiago, el germen de la idea surgió en Port Aventura, poco después del COVID: “Cuando salía del parque me quedé mirando el Red Force del Ferrari Land, una montaña rusa con forma de semicírculo, y empecé a pensar en cómo mantener el entrehierro de un generador direct-drive usando un sistema rueda-raíl.”
Al llegar a casa dibujó la idea en la pizarra de su cocina y ya no pudo quitársela de la cabeza. Tras revisar varias patentes existentes, encontró su propio enfoque cuyos detalles explicaremos más adelante.
Consultó la idea con Stefan, antiguo ingeniero de GE con amplio conocimiento en generadores direct drive y responsable de las fases iniciales de desarrollo de la Haliade X de 12MW. “Al principio tenía dudas, pero acabó convenciéndose y quiso participar en el proyecto” nos cuenta Santiago.
El tercer socio, Blai, apareció casi por casualidad. Se conocieron en una cena y, tras una conversación informal sobre la idea, un año después retomaron el contacto.
“Nos reunimos los tres”, recuerda Santiago, “y decidimos arrancar la empresa”.
¿Qué es OptiGen?
OptiGen busca revolucionar el drivetrain de los aerogeneradores Direct Drive, es decir, aquellos que emplean generadores de imanes permanentes sin multiplicadora. Su propuesta plantea sustituir y optimizar el diseño actual del conjunto generador, eje y rodamientos principales y buje, con el objetivo de reducir tanto el coste como el peso de la turbina y de la torre (o de la plataforma en el caso de que sea flotante). Además, si lo confirman los resultados, podría permitir reducir significativamente el uso de tierras raras.
La empresa ha presentado al mercado un primer diseño para un aerogenerador de 15 MW basado en una innovadora tecnología de drivetrain, cuya patente ha sido ya aceptada tanto en Europa como en USA.
No quisieron dar a conocer la idea hasta tener una base sólida. “Preferimos esperar a definir la arquitectura más adecuada y completar una primera viabilidad teórica antes de hablar públicamente del proyecto”, explica Santiago. Ese paso llegó gracias a la colaboración dentro del proyecto LightWind, financiado por el programa de ayudas Horizon Europe.
Desde entonces, las llamadas no han parado. “Nos han contactado fabricantes de rodamientos, developers y varios OEM”, cuenta. “Se nota que el sector está preocupado por la fiabilidad de los rodamientos del rotor y por el elevado coste de las turbinas direct drive.”
En términos prácticos, este diseño podría integrarse en aerogeneradores offshore de fabricantes como Siemens Gamesa, GE Vernova o Dongfang. En cambio, para Vestas, que actualmente emplea tecnología Medium Speed PMSG, sería necesario un cambio completo en su enfoque de drivetrain. Aunque la empresa está estudiando ya la posibilidad de integrar su sistema rueda-raíl en ese tipo de turbinas.
En cualquier caso, integrar esta solución en cualquiera de los modelos actuales requería de un rediseño notable.
👉 Para los que queráis profundizar en los distintos tipos de drivetrain de aerogeneradores, os recomiendo este artículo que publicamos en Windletter antes de verano.
De hecho, si os fijáis en la foto anterior, notaréis que la morfología del conjunto nacelle + hub es un tanto diferente. De hecho, uno de las primeros detalles que me llamó la atención al ver el render compartido por OptiGen es lo pequeña que parece la raíz de la pala respecto al tamaño del hub.
Sin embargo, se trata de un efecto óptico provocado por la ausencia de “nariz” o cono, sumado a un diámetro de generador/hub superior a los 10 metros. Lo explica uno de sus confundadores, Stefan Keller, en este comentario de LinkedIn.
Más adelante entraremos en el detalle técnico, pero, en pocas palabras, podemos decir que la propuesta de OptiGen tiene como objetivo revolucionar el diseño del generador, eje y rodamientos principales y hub de las soluciones direct drive actuales, prometiendo una reducción tanto en el peso como en el coste de la turbina. Además, según señalan desde la startup, su diseño reduce los costes de mantenimiento al facilitar la inspección, reparación y sustitución de componentes in situ.
Aunque la solución está orientada al mercado offshore, donde las grandes dimensiones maximizan su ventaja competitiva, no existe ningún impedimento tecnológico para adaptarla también a aerogeneradores onshore.
En cualquier caso, es importante remarcar que en onshore, excepto Enercon, Goldwind (en cuyo portfolio ahora mismo conviven turbinas direct drive y MS-PMSG) y Siemens Gamesa con la DD (que es un producto de nicho), ya no quedan OEMs con tecnología direct drive en su portfolio, principalmente por su mayor CAPEX frente a otras configuraciones. OptiGen llegaría para superar ese reto.
Detalles técnicos
En la página web de OptiGen se puede encontrar información técnica, con infografías, renders 3D e incluso animaciones. A continuación, tratamos de explicar la tecnología de forma accesible, destacando las principales diferencias frente a los diseños direct drive convencionales.
Sin rodamientos principales en el rotor
En un aerogenerador direct drive convencional, el rotor con las tres palas y los imanes del generador giran apoyados sobre grandes rodamientos principales que permiten el giro de las palas y a la vez garantizan la distancia de entrehierro, el “air-gap”.
Estos rodamientos son extremadamente costosos de fabricar y están sometidos a un desgaste considerable debido al enorme peso del rotor y a las cargas aerodinámicas generadas por el viento durante el funcionamiento de la máquina. A medida que las turbinas aumentan de tamaño, el diseño y la fiabilidad de estos rodamientos se convierten en un reto cada vez mayor así como las estructuras para mantener el air-gap estable.
En caso de fallos críticos, estos rodamientos solo se pueden reemplazar desmontando el rotor completo y el generador, una maniobra que requiere desmantelar completamente la turbina y transportar la nacelle a tierra. Ello requiere de grandes y sofisticados barcos equipados con grúas de alto tonelaje enormemente costosos y requiriendo además de largos periodos de parada.
La propuesta de OptiGen elimina por completo estos rodamientos, reduciendo los costes de mantenimiento gracias a su modularidad que permite la sustitución de sus componentes y la inspección y reparación “in situ” en caso de fallos.
Puntualizar que el diseño de OptiGen es de rotor externo, lo que significa que los imanes permanentes están situados en un anillo exterior que gira alrededor del estator. Es la solución típica en offshore utilizada tanto por SGRE como por GE.
👉 Para el que quiera aprender sobre rodamientos principales, me ha gustado este artículo de la Eupean Academy of Wind Energy.
Rotor integrado
A diferencia de otros aerogeneradores, en este caso el buje, además de sujetar las palas, dispone en su interior de forma longitudinal los imanes del generador y a ambos lados sendos raíles que permiten el giro del conjunto.
Estator modular
El estator (la parte fija del generador) está formado por unos bogies similares a los utilizados en el sector ferroviario que contienen las bobinas del generador y un conjunto de ruedas y que están instalados sobre soportes elásticos pre-comprimidos.
Ello además de garantizar el contacto permanente entre las ruedas y los raíles hace que el espacio de entrehierro (air-gap) no se altere, sean cuales sean las condiciones de viento. Incluso permite estrechar la distancia entre los imanes y las bobinas, lo cual permite ahorrar significativamente en el uso de imanes, y con ello de las codiciadas tierras raras.
Siguiendo el símil ferroviario, estos conjuntos de ruedas serían los ejes del tren y los rieles las vías por las que se desplaza alrededor del estator.
Gracias a este diseño, cada módulo puede sustituirse de forma individual desde el interior de la nacelle, sin necesidad de desmontar todo el conjunto, lo que simplifica las reparaciones y reduce significativamente el tiempo de inactividad de la turbina.
Ensamblaje
En cuanto al ensamblaje, OptiGen ha compartido la siguiente infografía.
De esta forma, el rotor queda integrado en la estructura del propio hub, mientras que el estator se fija a la estructura de la nacelle. Como podéis comprobar, el diseño combina en un solo conjunto el generador, el rodamiento principal (aunque en este caso no sea un rodamiento) y el hub. Esto ya lo usaba la empresa argentina IMPSA en turbinas de hasta 2MW (concepto “Unipower”) pero utilizando rodamientos convencionales.
Algo notable es que, en el diseño mostrado en las imágenes, el hub está formado por tres piezas atornilladas entre sí. Según cuenta Stefan, desde OptiGen creen que estas tres piezas pueden mecanizarse por separado (es decir, sin preensamblar), lo que amplía el abanico de proveedores. Las desalineaciones (o falta de circunferencia) que puedan surgir por ser piezas atornilladas y no un solo bloque podrían absorberse después con los soportes elásticos.
En la edición del jueves hablaremos sobre:
El principio de funcionamiento
El proyecto Lightwind
El impacto en el sector offshore, especialmente en flotante
Pruebas y prototipos
Próximos pasos
Si no te lo quieres perder, suscríbete.
Más información:
Y para los suscriptores de Windletter Community, acceso a el borrador de la entrevista completa.
Muchas gracias por leer Windletter y muchas gracias a Tetrace, RenerCycle y Nabrawind, nuestros patrocinadores principales, por hacerla posible. Si te ha gustado:
Dale al ❤️
Compártela por Whatsapp con este enlace
Pásate por la Biblioteca de Windletter
Y si te apetece, recomienda Windletter para ayudarme a crecer 🚀
¡Nos vemos en la siguiente!
Disclaimer: Las opiniones presentadas en Windletter son mías y no reflejan necesariamente los puntos de vista de mi empleador