Ao largo da costa de Portugal, uma equipa de robôs subaquáticos inspeciona a base das turbinas de um parque eólico à procura de sinais de danos enquanto drones verificam o estado das pás a partir do ar. Esta atividade faz parte de um projeto para reduzir os custos de inspeção, manter as turbinas eólicas em funcionamento por mais tempo e, em última análise, reduzir o preço da eletricidade.
A energia eólica representou mais de um terço da eletricidade gerada a partir de fontes renováveis na UE em 2020 e espera-se que a energia eólica offshore dê uma contribuição crescente nos próximos anos. A Dinamarca tornou-se o lar do primeiro parque eólico offshore do mundo em 1991 e a Europa é um líder mundial neste campo.
Ainda assim, a exploração de parques eólicos em mares e oceanos é dispendiosa e aumenta o custo global dessa energia limpa. Acresce que as empresas asiáticas do setor estão a ganhar terreno, incitando a necessidade da indústria europeia manter uma vantagem competitiva.
Custos mais baixos
“Até 30% de todos os custos de operação estão relacionados com inspeção e manutenção”, disse João Marques da associação de investigação do INESC TEC em Portugal.
Muitos destes custos provêm o envio de tripulações de manutenção em barcos para examinar e reparar infraestruturas da energia eólica offshore. O projeto ATLANTIS, financiado pela UE, está a explorar como os robôs podem ajudar nesta frente. O objetivo final é reduzir o custo da energia eólica.
Máquinas subaquáticas, veículos que se deslocam na superfície da água e drones são apenas alguns dos robôs que estão a ser testados. Utilizam uma combinação de tecnologias – tais como imagem visual e não visual – e sonar para inspecionar as infraestruturas. A imagem por infravermelhos, por exemplo, pode identificar fissuras nas lâminas das turbinas.
A investigação realizada pelo projeto sugere que as tecnologias baseadas na robótica poderiam aumentar em cerca de 35% o tempo que as embarcações de manutenção podem trabalhar em parques eólicos.
Maior segurança
As despesas não são a única consideração. “Também temos algumas preocupações de segurança”, disse Marques, investigador sénior no projeto ATLANTIS.
Transferir pessoas dos barcos para as plataformas de turbinas, mergulhar sob as ondas para inspecionar pontos de ancoragem e escalar torres de turbinas, são tarefas perigosas.
Só é seguro transferir pessoas de barcos para plataformas de turbinas quando as ondas têm menos de 1,5 metros de altura. Por seu lado, os sistemas de inspeção e manutenção robótica podem ser implantados a partir de barcos em presença de ondas de até 2 metros.
Além disso, uma manutenção mais fácil e segura aumentará o tempo que os parques eólicos podem estar totalmente operacionais. No inverno, é muitas vezes impossível efetuar inspeções e manutenção offshore, e é preciso esperar por melhores condições meteorológicas na primavera ou no verão.
“Se houver um problema num parque eólico ou numa turbina em particular num mês em que não possa não seja possível aceder-lhe, as operações têm de parar até que alguém lá possa ir”, disse Marques.
Ser capaz de trabalhar com ondas mais altas significa que as causas de paragem dos parques eólicos podem ser colmatadas mais rapidamente.
O primeiro do seu género
O local de ensaio do projeto baseia-se num verdadeiro parque eólico offshore no Oceano Atlântico, a 20 quilómetros da cidade de Viana do Castelo, no norte de Portugal. É o primeiro do seu género na Europa.
“Precisamos de um lugar para testar estas coisas, um lugar onde as pessoas possam realmente desenvolver a sua própria robótica”, disse Marques.
Para além das suas próprias tecnologias robóticas, a ATLANTIS pretende ajudar outras equipas de investigação e empresas a desenvolver os seus próprios sistemas.
Os investigadores e as empresas europeias ativas neste setor de ponta devem poder reservar tempo para utilizar as instalações a partir do início deste ano.
Prevenção de danos
Outra forma de reduzir os custos de manutenção é reduzir os danos e a necessidade de reparações, em primeiro lugar. O projeto FarmConners, financiado pela UE e recentemente concluído, procurou fazer exatamente isso através da utilização generalizada de uma tecnologia chamada controlo de parques eólicos, WFC na sigla inglesa.
Quando atingidas pelo vento, as turbinas extraem energia do fluxo de ar. Como resultado, o fluxo de ar na parte de trás da turbina tem uma energia reduzida, um fenómeno conhecido como sombreamento. Devido a esta distribuição desigual da carga energética nas lâminas e torres, algumas turbinas ficam mais danificadas do que outras.
A WFC visa equilibrar a distribuição da energia eólica em todo o parque, de acordo com Tuhfe Göçmen, coordenador do projeto da Universidade Técnica da Dinamarca.
Há várias maneiras de mitigar os efeitos do sombreamento. Uma delas é desalinhar as turbinas. Em vez de estar virada diretamente para o vento, uma turbina pode ser virada ligeiramente para que o efeito de sombra seja desviado das turbinas atrás de si.
A inclinação e a velocidade de rotação das três lâminas da turbina também podem ser alteradas. Embora reduza a quantidade de energia que a turbina produz, liberta mais energia para ser processada pelas turbinas mais atrás.
Energia amiga da rede
Além de reduzir o desgaste e os custos de manutenção, a WFC pode tornar os parques eólicos mais produtivos e ajudá-los a gerar energia de uma forma mais fácil de aproveitar pela rede elétrica.
As energias renováveis incluindo a energia eólica são frequentemente produzidas com uma série de pontos altos (picos) e baixos. Por vezes, os picos, ou sobretensão, podem sobrecarregar a rede elétrica.
Com as turbinas a trabalhar em conjunto, a produção de energia pode ser nivelada para fornecer uma entrada mais consistente e estável na rede, de acordo com Göçmen. “Se controlarmos coletivamente as turbinas, é tudo mais eficiente”, disse.
A investigação demonstrou que esse controlo dos parques eólicos poderia aumentar em 1% a produção de energia de todos os parques eólicos da UE. Isto equivale ao dobro da produção de um parque eólico de 400 megawatts, que custaria cerca de 1,2 mil milhões de euros para construir, de acordo com Gregor Giebel, um coordenador da FarmConners também na Universidade Técnica da Dinamarca.
Esta tecnologia é também simples de implementar, uma vez que a maioria das turbinas eólicas pode ser controlada e ajustada para se adequar à utilização da WFC. Os parques eólicos precisam apenas de atualizar o seu software de controlo.
Há muito interesse comercial na tecnologia WFC, tornando-a uma forma promissora para a Europa expandir a sua utilização da energia eólica, de acordo com Göçmen, Trata-se num “baixo custo e potencialmente alto ganho”, afirmou.
A investigação neste artigo foi financiada pela UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.
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