Robôs subaquáticos e drones para manutenção eólica offshore

A Europa busca reduzir os custos operacionais de turbinas eólicas offshore e melhorar a utilização do vento

[31 Gennaio 2023]

A eólica offshore dá um importante contributo para a descarbonização da União Europeia: em 2020 representou mais de um terço da energia produzida a partir de fontes renováveis. Atualmente, os parques eólicos offshore estão sendo construídos mais longe da costa e em áreas mais profundas, tornando-se cada vez mais complexo e arriscado realizar intervenções e manutenções, o que aumenta significativamente o custo final da energia eólica offshore: até 30% de todos os custos operacionais estão ligadas à inspeção e manutenção do projeto “plataforma Atlantic Marine Robotics Test: New Frontiers for the Inspection and Maintenance of Marine Energy Infrastructures” (Atlântida), financiado pela União Europeia, e coordenado pelo Instituto Português de Sistemas Electrónicos e Computadores, Tecnologia e Ciência (INESC TEC) e no qual participam a italiana RINA Consulting (contribuição da UE € 547.500) e a RINA Services (€ 154.875). Infraestrutura inovadora pioneira capaz de testar tecnologias robóticas para inspeção e manutenção de parques eólicos offshore.

A ATLANTIS explica que este projeto-piloto está a ser implementado em estreita colaboração entre a comunidade de investigação e o ecossistema industrial de energia marinha e que “o projeto visa acelerar a adoção de soluções baseadas em robôs pelos utilizadores finais. Em particular, enfatizar o valor acrescentado de robôs para a segurança e eficiência das atividades de operação e manutenção.”

O resultado é como ele explica por sua vez Horizon, o jornal de pesquisa e inovação da União Europeiaque – que “Na costa de Portugal, uma equipe de robôs subaquáticos examina a base das turbinas de um parque eólico em busca de sinais de danos, enquanto drones verificam as pás. Mas máquinas subaquáticas, veículos que se movem na superfície e drones são apenas alguns dos robôs testados que usam uma variedade de tecnologias, como imagens visíveis e invisíveis e sonar para verificar turbinas eólicas. A imagem infravermelha pode, por exemplo, identificar rachaduras em pás de turbinas. ATLANTIS, apoiando a ABB Marine & Ports para melhorar o sistema OCTOPUS para melhorar a logística e os procedimentos de operação e manutenção em parques eólicos offshore: «O objetivo é obter maior eficiência na utilização de recursos materiais e humanos, reduzir os tempos de viagem e espera das embarcações e melhorar a segurança de operação e manutenção em parques eólicos offshore , através da utilização de soluções robóticas».

Segundo Andre Maicol Pinto, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e coordenador de projetos e investigador do Centro de Robótica e Sistemas Autónomos (CRAS) do INESC TEC, o ATLANTIS é fundamental para apoiar o lançamento de tecnologia na indústria offshore. Soluções como o OCTOPUS permitem que as partes interessadas se beneficiem da digitalização e do planejamento adequado para reduzir os custos de operação e manutenção de parques eólicos offshore”.

Mas a economia não é a única coisa que o ATLANTIS tem em mente: “Também temos alguns problemas de segurança. Transferir pessoas de barcos para plataformas de turbinas, mergulhar sob as ondas para verificar pontos de ancoragem e escalar torres de turbinas é perigoso. É seguro transferir pessoas de barcos para plataformas de turbinas apenas quando as ondas têm menos de 1,5 metro de altura. Alternativamente, sistemas automatizados de inspeção e manutenção podem ser utilizados por navios em mares com ondas de até dois metros de altura. Além disso, uma manutenção mais fácil e segura aumentará a quantidade de tempo que os parques eólicos podem estar totalmente operacionais. No inverno é muitas vezes impossível fazer inspeções e manutenções no exterior, que tem que esperar por melhores condições climatéricas na primavera ou no verão se tiver um problema com um determinado parque eólico ou turbina num mês em que não o pode fazer , isso tem que parar até que chegue alguém a ele. A capacidade de trabalhar com ondas mais altas significa que as causas do fechamento de parques eólicos podem ser abordadas mais rapidamente. “

O local de teste do projeto é baseado em um parque eólico offshore real no Oceano Atlântico, a 20 quilômetros da cidade de Viana do Castelo, no norte de Portugal, e é o primeiro desse tipo na Europa. “Precisamos de um lugar para realmente testar essas coisas”, explica ele, “um lugar onde as pessoas possam realmente desenvolver seus próprios robôs”. De facto, o ATLANTIS pretende ajudar grupos de investigação e outras empresas a desenvolverem os seus próprios sistemas deste tipo. Pesquisadores europeus e empresas ativas neste setor em evolução devem poder reservar tempo para usar as instalações. A partir do início deste ano.

Outra forma de reduzir os custos de manutenção é reduzir os danos, a necessidade de reparos e o projeto.Fazenda Conners – Pavimentando o caminho para o controle de parques eólicos na indústria” recentemente concluído e financiado pela União Europeia, visando melhorar a produção de energia para parques eólicos. A equipe FarmConnes explica que “Aumentar o desempenho geral de parques eólicos compostos por muitas turbinas multi-megawatt requer recursos de modelagem para avaliar o desempenho da turbina A tecnologia de controle do parque eólico (WFC) oferece uma abordagem colaborativa para o projeto e a operação do parque eólico, mitigando as perdas das turbinas e interações das turbinas. Ela promete um aumento na produção de energia e uma diminuição nas cargas estruturais, enquanto fornece melhor integração da energia eólica na rede.

Quando o vento bate, a turbina extrai energia do fluxo de ar. Como resultado, o fluxo atrás da turbina diminuiu a potência, um fenômeno conhecido como efeito fantasma. Devido a essa distribuição desigual da carga de energia para as pás e torres, algumas turbinas são mais danificadas do que outras.

O segundo é o co-coordenador do projeto, Tuhfe Göçmen da Danmarks Tekniske Universitet ( extensão DTU) destaca que “O WFC visa equilibrar a distribuição da energia eólica no campo eólico. Existem várias maneiras de atenuar os efeitos da “sombra”. O primeiro é o desalinhamento das turbinas. Em vez de ficar voltada diretamente para o vento, a turbina pode ser levemente girada para que o efeito de sombra seja afastado das turbinas na parte traseira. Também é possível alterar a velocidade de giro e rotação das três pás da turbina. Embora isso reduza a quantidade de energia que a turbina produz, deixa mais para a turbina colher.”

Além de reduzir os custos de erosão e manutenção, a tecnologia WFC pode tornar os parques eólicos mais produtivos e ajudá-los a produzir energia de forma mais fácil para a rede elétrica gerenciar. A energia renovável, incluindo a energia eólica, é frequentemente produzida em horários de pico que podem sobrecarregar a rede elétrica. De acordo com Göçmen, “Com as turbinas trabalhando juntas, a produção de energia pode ser facilitada para fornecer uma entrada mais consistente e estável para a rede. Se controlarmos coletivamente as turbinas, é simplesmente mais eficiente”.

A pesquisa mostrou que esse controle de parques eólicos poderia aumentar a produção de energia de todos os parques eólicos da União Europeia em 1%. “Isso equivale ao dobro da produção de um parque eólico de 400 megawatts, cuja construção custaria cerca de 1,2 bilhão de euros”, disse Gregor Geibel, co-coordenador da FarmConners, também da DTU.

Essa tecnologia também é fácil de implementar, pois a maioria das turbinas eólicas pode ser controlada e modificada para operar da maneira exigida pelo WFC. Os parques eólicos simplesmente precisam atualizar seu software de controle.

Gukm conclui: “Há um interesse comercial significativo na tecnologia WFC, o que a torna um caminho promissor para a Europa expandir o uso da energia eólica. É de baixo custo e potencialmente de alto retorno”.