Paneles solares flotantes: ¿una solución sostenible que afecta el fondo marino?

Las instalaciones de paneles solares flotantes ofrecen una visión atractiva de energía sostenible al combinar energía eólica y solar en el mismo espacio offshore. Sin embargo, un nuevo estudio advierte que el lecho marino podría estar sintiendo la presión de esta innovación.

En una publicación en Frontiers in Marine Science, un equipo de científicos examinó cómo las estructuras fotovoltaicas flotantes (FPV), desplegadas en la parte belga del Mar del Norte y combinadas con un parque eólico offshore, alteran la hidrodinámica, afectando las corrientes, la turbulencia y el estrés en el lecho marino.

El Mar del Norte ya es un punto caliente para la energía renovable offshore, con granjas eólicas proliferando y ambiciones de expansión que van desde suministrar aproximadamente 25 gigavatios de energía actualmente hasta 300 gigavatios para 2050.

Para optimizar el uso de este espacio marino, el concepto de colocar unidades FPV sobre o alrededor de las zonas de turbinas eólicas existentes está ganando terreno: los paneles solares flotantes sobre pontones o montados en marcos elevados pueden aprovechar la luz solar en áreas más soleadas y tranquilas, compartiendo la infraestructura de conexión a la red con turbinas eólicas.

Se espera que esto sea beneficioso para un mayor rendimiento total y un uso más eficiente del espacio offshore. Sin embargo, este estudio advierte que, aunque la electricidad puede fluir, otras consecuencias físicas pueden repercutir en el ecosistema.

La investigadora de doctorado Pauline Denis y sus colegas del Instituto Real Belga de Ciencias Naturales utilizaron un modelo hidrodinámico tridimensional de alta resolución (COHERENS) para simular varios escenarios en un área de 25 km alrededor del sitio de la granja eólica "Mermaid" en el Mar del Norte belga.

Compararon una línea base sin estructuras con un escenario con solo turbinas eólicas y dos casos mixtos con turbinas eólicas más FPV, con cobertura solar escasa o densa (correspondiente a aproximadamente 126 megavatios y 252 megavatios de capacidad solar, respectivamente).

Su enfoque se centró en cuatro métricas hidrodinámicas clave: cuánto sol fue bloqueado (y cómo eso afectó la temperatura de la superficie del mar), cambios en las velocidades de corriente, cambios en la energía cinética turbulenta (una medida de cuánta turbulencia hay en el agua) y diferencias en el esfuerzo cortante en el fondo (la fuerza que el agua ejerce sobre el lecho marino).

El efecto de sombreado resultó ser modesto. En verano, encontraron que la instalación de FPV densos enfrió la superficie del mar en un promedio de 0.006 °C, alcanzando un máximo de 0.03 °C en puntos directamente debajo de las unidades flotantes.

En otras palabras, las enormes matrices solares flotantes sobre el agua no alteraron sustancialmente la temperatura del agua. Esto sugiere que para este diseño elevado, el sombreado puede no ser la mayor preocupación en comparación con otros que se sitúan directamente sobre la superficie del mar (aunque los autores señalan que su modelo asume un bloqueo total de luz por los paneles y no consideró el calor liberado por los propios paneles).

Esto también significa que podría haber menos efecto sobre los organismos fotosintetizadores en las capas superiores de la columna de agua y, por ende, impactos posteriores en las cadenas alimenticias marinas de lo que se pensaba anteriormente.

Por el contrario, los impactos en las corrientes, la turbulencia y el esfuerzo cortante en el lecho marino fueron más significativos. En comparación con el escenario solo de viento, la adición de FPV redujo la velocidad promedio de la corriente superficial en la configuración densa hasta en un 20.7%.

Los paneles solares flotantes no solo ralentizan las corrientes superficiales, sino que también aumentan la turbulencia en el agua, removiendo sedimentos y alterando cómo fluye la energía a través del entorno marino.

El impacto en las corrientes de fondo fue mucho menor, solo alrededor del 0.5% de diferencia, pero esto no debería minimizar la importancia de lo que sucede en el lecho marino. Las estructuras FPV introducen muchas más superficies sumergidas (como flotadores, marcos de soporte y anclajes) que las fundaciones típicas de turbinas eólicas, quizás hasta 20 veces más área de superficie sumergida por megavatio de capacidad instalada en comparación con los monopilotes eólicos.

Esto es significativo porque las estructuras sumergidas actúan como obstáculos para el flujo: ralentizan y redirigen las corrientes; generan turbulencia; alteran cómo se mueve, deposita o erosiona el sedimento; y, en última instancia, afectan el esfuerzo cortante en el fondo. En este caso, el modelo reveló que en el escenario denso de FPV, el esfuerzo cortante en el fondo se alteró hasta en un 63% localmente en comparación con la configuración solo de viento.

Más sorprendentemente, el área del lecho marino donde el esfuerzo cortante cambió más de un umbral del 10% (una guía utilizada en el monitoreo belga del riesgo de hábitat bentónico o del lecho marino) se extendió a 1.8 veces el tamaño del sitio de la granja eólica y más de 23 veces el área de superficie cubierta por las unidades FPV mismas.

En resumen: la huella de influencia en el lecho marino fue mucho más grande que los paneles solares flotantes sobre el agua. De hecho, duplicar la capacidad fotovoltaica más que triplicó el área del lecho marino impactada.

¿Por qué es esto importante? El lecho marino alberga hábitats y organismos bentónicos, y la fuerza con la que el agua se mueve sobre los sedimentos juega un papel central en el transporte de sedimentos, erosión, deposición y resuspensión. Cuando el esfuerzo cortante aumenta, los sedimentos pueden ser erosionados para que las partículas vuelvan a entrar en la columna de agua y cambien la turbidez; cuando el esfuerzo cortante disminuye, los sedimentos pueden asentarse más, alterando el hábitat.

Por lo tanto, los cambios hidrodinámicos inducidos por la energía solar flotante podrían cambiar cómo funcionan los ecosistemas marinos al alterar los ciclos biogeoquímicos, la deposición de nutrientes y carbono, la dispersión de larvas y los patrones de sedimentación.

Los investigadores enfatizan que, si bien se han documentado los impactos de las granjas eólicas offshore, la energía solar flotante sigue siendo mucho menos estudiada, por lo que este trabajo destaca cómo la co-localización de energía solar flotante y eólica merece una atención más cercana.

El equipo también señala algunas advertencias sobre sus hallazgos: la resolución del modelo (rejilla de 50 × 50 m) no puede resolver procesos de muy pequeña escala (por ejemplo, vórtices que giran detrás de estructuras) y el modelo no incluyó los efectos de las olas, sistemas de anclaje o bioincrustación (organismos que crecen en estructuras que aumentarían la resistencia, como mejillones o percebes).

También carecen de datos de observación in situ para estos procesos en condiciones offshore, lo que significa que los resultados del modelo deben verse como una estimación temprana, no como una medición definitiva. No obstante, el trabajo ofrece una evaluación pionera de los impactos hidrodinámicos de los FPV elevados en un contexto de granja eólica offshore.

Para los responsables de políticas, planificadores y desarrolladores de energía renovable, el estudio envía un mensaje claro: integrar energía solar flotante en granjas eólicas offshore puede parecer una forma eficiente de maximizar el espacio marino, pero no está exento de costos ambientales. La escala de la influencia hidrodinámica en las condiciones del lecho marino y los ecosistemas bentónicos puede ser significativa y extenderse mucho más allá de la huella visible de las unidades solares.

A medida que las energías renovables offshore se expanden, los efectos acumulativos de múltiples instalaciones (eólicas, solares y de olas) deben tenerse en cuenta en la planificación espacial marina, evaluaciones de impacto ambiental y programas de monitoreo.

En el contexto del debate público sobre las energías renovables marinas, donde se pone mucho énfasis en la eficiencia de costos, la integración a la red, el uso del espacio y la reducción de emisiones de carbono, este estudio actúa como un recordatorio de que los impactos ecológicos y físicos marinos deben seguir siendo centrales. La transición energética necesariamente involucrará ingeniería en el mar, pero la ingeniería y la ecología deben ir de la mano.

Si bien la energía solar flotante puede seguir ofreciendo una valiosa contribución a las energías renovables offshore, los diseñadores deberían tener en cuenta los efectos de las ondas hidrodinámicas: diseñar distribuciones y densidades que minimicen la interrupción del flujo, sistemas de anclaje y amarre que limiten la perturbación del lecho marino, y un monitoreo riguroso de las respuestas de sedimento y bentos.

En última instancia, la próxima generación de híbridos de energía solar y eólica flotante no debería preguntarse solo cuánto energía podemos generar, sino también cómo remodelarán el entorno del lecho marino.

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