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Turbinas eólicas offshore flutuantes – Será este o futuro do Brasil?

Turbinas eólicas offshore flutuantes: o Brasil se tornará ativo na corrida pela energia limpa

Pesquisadores da Universidade de São Paulo estão focados em vários aspectos da modelagem e análise de turbinas eólicas offshore.

A Energia eólica é um dos tópicos mais estudados no ecossistema de energia renovável. Nas últimas décadas, o foco foi em vários aspectos da modelagem e análise de turbinas eólicas em terra. Especialmente no Brasil, a energia eólica tem um enorme potencial que vem sendo pesquisado em estudos recentes.

Turbinas eólicas offshore flutuantes – Qual o futuro no Brasil?

Liderado pelo professor Alexandre Simos, do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP – Brasil) e graças ao financiamento fornecido pelo Escritório de Pesquisa Naval Global (ONR Global), um grupo de pesquisadores estão encontrando maneiras de aumentar a capacidade de geração de energia eólica do país, desempenhando um grande esforço para reduzir o peso estrutural em novos projetos de turbinas eólicas flutuantes offshore (conhecida também em inglês como Floating Offshore Wind Turbines – FOWTs).

Turbinas eólicas flutuantes
Plataforma flutuante

As FOWTs têm muitas oportunidades e obstáculos. Entre as vantagens, a disponibilidade de ventos constantes e uma velocidade adequada para o uso de turbinas em sua eficiência ideal. Entre as desvantagens estão os altos custos de instalação, as linhas de amarração e o grande comprimento de cabos necessários para a transmissão de energia. Nesse contexto, aliviar pesos estruturais no flutuador é certamente muito bem-vindo.

“Na década passada, vimos muito esforço no campo da engenharia offshore para conceber, projetar e validar esse novo tipo de sistema flutuante. Atualmente, após muitos projetos de demonstração, a viabilidade do conceito é comprovada e, como resultado, estamos testemunhando os primeiros parques eólicos comerciais flutuantes”, afirma o professor Simos.

Além disso, o projeto de FOWTs é uma tarefa complicada que deve considerar variáveis como respostas a ondas, cargas de correnteza e vento, estabilidade estática, dinâmica e comportamento estrutural das linhas de ancoragem.

Portanto, vários projetos de pesquisa foram realizados por diferentes grupos, com o objetivo de desenvolver códigos numéricos e estabelecer as bases para a avaliação comparativa experimental de FOWTs.

Turbinas eólicas flutuantes

Enquanto as turbinas eólicas offshore flutuantes fornecerão uma fonte alternativa de energia para a base marítima da frota, Paul Sundaram, diretor científico da ONR Global em São Paulo, observa que “o objetivo era entender, através da modelagem, como projetar e gerenciar estruturas complexas no ambiente dinâmico do oceano. Isso é muito importante para a Marinha dos EUA, a fim de criar e construir sistemas resilientes desenvolvidos em alto mar”.

O papel do Brasil

A tecnologia desempenhará um papel importante na futura expansão da energia eólica no Brasil. Tal crescimento está projetado para ocorrer em breve. A regulamentação para a instalação de parques eólicos offshore já foi discutida no Congresso Brasileiro, e o setor está se preparando para novos desenvolvimentos, que de fato tem um enorme potencial, especialmente na costa nordeste do país.

“Nos últimos anos, o Brasil expandiu muito rapidamente sua capacidade de geração de energia eólica, hoje superior a 13 GW, cerca de 8% da capacidade total do país. Esses números fazem da energia eólica a segunda fonte de energia elétrica da rede brasileira.

Turbina eólica flutuante instalada no mar

Toda essa produção é feita em terra, em muitos parques eólicos espalhados por todo o país, mas principalmente concentrada no Nordeste, onde o potencial eólico é excelente”, acrescenta o professor Simos, da Universidade de São Paulo.

A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo também possui um grupo de pesquisa que trabalha em sistemas offshore para a exploração e produção de petróleo e gás, que é uma atividade econômica muito importante no Brasil.

Sendo assim, a idéia inicial dos pesquisadores foi se beneficiar da experiência em sistemas flutuantes de petróleo e gás para adaptar e desenvolver novas ferramentas computacionais para a análise de FOWTs. Estas ferramentas são utilizadas para prever a resposta das estruturas em ondas e vento e para estimar as tensões nas linhas de amarração, cargas estruturais e vibrações.

Aplicabilidade futura das turbinas eólicas flutuantes

Também é importante mencionar que, além do objetivo principal de gerar energia limpa para a rede elétrica, outras aplicações para FOWTs estão sendo projetadas. Por exemplo, existem projetos em andamento para usá-las como energia auxiliar para equipamentos submarinos nos campos de petróleo e gás. Isso levará a tecnologia a águas profundas e, portanto, novos desafios poderão ser enfrentados.

“Ainda estamos desenvolvendo parte dos modelos hidrodinâmicos para prever as forças das ondas nos flutuadores. Efeitos não-lineares envolvidos nas derivas do flutuador e que podem ser importantes para o projeto das amarras, são difíceis de prever com precisão para esse tipo de estrutura. Estamos testando diferentes alternativas e realizando testes em nosso tanque de ondas para verificar o desempenho dos modelos numéricos”, diz o professor Simos.

Como as FOWTs são dispositivos relativamente novos, ainda há espaço para otimização do design. Por exemplo, novos conceitos de cascos flutuantes com o objetivo de reduzir os movimentos da turbina ainda estão sendo projetados e propostos. Além disso, para tornar economicamente viável o uso de FOWTs em águas profundas (maiores que 1000m), o projeto de sistemas de ancoragem otimizados, feitos de materiais leves, também será um desafio.

“Tais estruturas serão estratégicas para o transporte marítimo como fonte de energia renovável. As FOWTs geralmente estão em águas mais profundas, onde as velocidades do vento são mais altas e os ventos são mais constantes. Pequenos aumentos na velocidade do vento podem levar a uma produção de energia muito maior”, observa Sundaram.

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