Eólicas em alto mar: uma nova forma de gerar energia

Partilha do conhecimento

Eólicas em alto mar

Uma nova forma de gerar energia

Até ao final de 2019, vai ser construído o primeiro parque eólico flutuante em Portugal, que será, também, um dos maiores do mundo. Este é um passo importante na criação de um futuro mais sustentável e, compreensivelmente, desperta curiosidade. Estamos habituados a ver as enormes turbinas de produção eólica em vários pontos do país, mas... turbinas que flutuam? E em pleno mar alto?

Conheça as bases desta tecnologia de produção de energia limpa, os desafios que ela acarreta e obtenha uma ideia geral sobre esta indústria que promete continuar “de vento em popa” nos próximos anos.

O que sabe sobre o vento?

Desde tempos imemoriais (século I d.C., para sermos mais precisos) que a energia do vento é aproveitada para movimentar engenhos de todo o tipo. Nessa época, Heron (engenheiro e matemático da antiga Alexandria) inventou e produziu a primeira máquina ativada pela energia do vento: um instrumento musical na verdade — um órgão. O instrumento incluía um pequeno moinho de vento que, ao girar, ativava um pistão e fazia com que o ar atravessasse rapidamente os tubos do órgão, produzindo sons semelhantes aos de uma flauta.

Windfloat

Desde então, os moinhos de vento têm servido vários propósitos, desde a moagem de grão até ao bombeio de água ou, mais recentemente, à produção de energia elétrica. Mas para permitir um aproveitamento excelente deste bem natural, a tecnologia teve de ser aprimorada e os comportamentos do vento estudados ao detalhe. O aproveitamento desta fonte de energia depende de vários fatores. Ora vejamos.

Rugosidade: A indústria eólica utiliza uma escala para classificar a rugosidade de um terreno — quanto mais “rugoso” é um terreno, maior é o abrandamento do vento que por lá passa. Assim, enquanto uma floresta pode ter uma classe de rugosidade 3 a 4, a superfície do mar ou de um lago tem uma influência quase nula no vento, sendo de classe 0. Começa a ficar claro o porquê da implantação de eólicas no mar, certo?

Variabilidade do vento: Trata-se da flutuação da velocidade do vento e, consequentemente, do seu conteúdo energético. Normalmente, o vento é mais forte durante o dia, pois a diferença de temperatura entre a superfície do mar e a superfície da terra é maior durante esse período. Como tal, a captação eólica acaba por ser maior durante o dia. 

Turbulência: Quem não gosta de andar de avião já deve conhecer o fenómeno. Trata-se de um movimento irregular do fluxo de ar que pode ser provocado por tempestades, com rajadas de vento em várias direções, ou em áreas de grande rugosidade (nestes casos, devido aos obstáculos que o vento encontra pelo caminho). A turbulência reduz o aproveitamento do vento para a produção energética e ainda provoca o desgaste das infraestruturas.

Estes e outros efeitos têm de ser considerados quando se pretende implantar um parque eólico, tendo implicações a nível da distância entre as torres das turbinas, por exemplo. O efeito de turbulência pode propagar-se até 3 vezes a dimensão do objecto que o provoca, pelo que é de evitar implantar turbinas perto de grandes obstáculos.

Como montar um parque eólico offshore em 3 passos?

Apesar do termo “offshore” significar “no mar” ou “em alto mar”, também é possível implantar formas de produção de energia eólica offshore em massas de água terrestres, tais como lagos, fiordes ou áreas costeiras. 

A instalação de um parque eólico offshore é um verdadeiro desafio, que envolve vários profissionais e diversos trabalhos, tais como a dragagem do fundo do mar, a montagem, transporte e fixação das fundações, ou a instalação de cabos submarinos. 

Tais atividades exigem ainda diferentes equipamentos especializados, bem como as pessoas que operam as máquinas e infraestruturas de suporte. Por todos estes motivos, a exploração da energia eólica offshore é bastante mais dispendiosa que onshore, mas apesar de tudo continua a ser um investimento com grande retorno, tanto económico como ambiental. 

Imagine que, num cenário pós-apocalíptico ou num universo paralelo, o leitor e um grupo de amigos eram a única esperança para retomar o fornecimento elétrico de uma comunidade e resolviam implantar uma central eólica offshore. Porque nunca se sabe o dia de amanhã, deixamos-lhe aqui umas linhas gerais sobre o processo.

Passo 1: Fixar as turbinas no mar

O primeiro passo seria descobrir como fixar as turbinas num terreno tão instável quanto o fundo do mar ou de um lago. Isso consegue-se através de fundações específicas para as eólicas marítimas, que podem ser projetadas e executadas de diferentes maneiras. 

São tidas em consideração as condições do terreno, assim como as vantagens e desvantagens de cada tipo de fundação, pois esta é a construção que vai fazer a ligação entre o aerogerador e o solo.

A fundação tem de sustentar não só as cargas estáticas (como o peso do aerogerador), como também as dinâmicas (como as rajadas e os sismos). Como tal, é importante realizar vários estudos, de entre os quais meteorológicos e geológicos, na área de implantação do parque offshore.

Além da difícil escolha da fundação, podem ser empregues três tipos de metodologias para a sua estabilização no leito marinho:

  1. O aproveitamento da gravidade, em que o próprio peso da fundação garante que ela se mantém fixa e estável na superfície oceânica;
  2. A fixação de estacas no fundo marinho, em que o solo é perfurado para a inserção de estacarias no interior da escavação.
  3. O método por aderência (ancoragem), que implica uma ligação entre uma plataforma flutuante e âncoras cravadas no fundo do mar, impedindo que o empreendimento se mova.

Em águas pouco profundas, como é o caso do Mar do Norte, são instaladas bases no fundo do mar. Mas a grandes profundidades, a escolha recai sobre a terceira opção: as plataformas flutuantes. 

Passo 2: Escolher os melhores aerogeradores 

Turbinas eólicas ou aerogeradores são as formas mais comuns de designar os sistemas de conversão de energia eólica em energia elétrica.

Seja em terra ou no mar, o sistema de produção elétrica é semelhante: o vento gira as pás, que fazem mover um eixo, que por sua vez se liga a um gerador, produzindo eletricidade. O gerador consiste basicamente num íma e numa bobina que, ao girarem um sobre outro, produzem corrente elétrica. Essa corrente é então direcionada para uma estação de transformação, já em terra, e distribuída pela rede elétrica.

Eólicas Offshore

Mas voltemos ao cenário em que se via a braços com a construção de um parque eólico offshore. Para a utilização das correntes eólicas marítimas, o mais recomendado seria implantar aerogeradores de grande porte, capazes de suportar força eólica constante, para que a produção de eletricidade fosse realizada de forma eficaz e segura.

A indústria eólica tem realizado investimentos no sentido de adaptar as turbinas eólicas convencionais ao aproveitamento no mar. As principais diferenças têm a ver com os materiais empregues: quando se destinam à utilização offshore, incluem proteção contra a corrosão, sistemas de apoio à desumidificação, bem como reforços ao nível do revestimento do metal utilizado na carcaça da máquina. 

De facto, as turbinas eólicas evoluíram muito nos últimos 30 anos. No início, existiam apenas os aerogeradores de velocidade constante (que dominaram o mercado até ao final da década de 1990), em que a velocidade de rotação da turbina era ditada pela frequência da rede, impedindo assim o ajuste da velocidade do gerador à velocidade do vento. 

Estes foram evoluindo até aos sistemas de velocidade variável. Estes permitem fazer o “desacoplamento” entre a frequência da rede e a frequência que é imposta ao gerador pela velocidade de vento local (em conjunto com o controlo aerodinâmico da turbina), tornando possível operar o sistema a várias velocidades.

O conceito de velocidade variável tem sido progressivamente adotado pelos fabricantes e atualmente integra a maioria da oferta comercial, pelo que seria provavelmente a sua escolha num cenário pós-apocalíptico.

Passo 3: Levar a energia elétrica até terra firme

Conforme vimos, a produção de energia eólica no mar exige estruturas de suporte para aerogeradores específicas e turbinas que sejam capazes de enfrentar as condições marítimas. Mas ainda é necessário arranjar uma forma de fazer chegar a energia até terra.

Offshore: ligação à rede

Existem vários sistemas de transmissão de eletricidade, sendo que os offshore têm condições de instalação, operação e manutenção bastante restritivas. Os mais utilizados são os Sistemas de Transmissão em Alta Tensão em Corrente Alternada. Esta tecnologia implica apenas a presença de um cabo submarino, uma Subestação localizada em offshore, outra localizada em onshore e um ponto comum de conexão, em corrente alternada.

Garantidas essas condições, estaria cumprida a sua missão de usar a energia do vento sobre o mar para produzir eletricidade, que depois seria transportada até terra e distribuída pela rede elétrica até casa das pessoas. 
 

Windfloat

O projeto-piloto em Portugal

Em Portugal, a EDP, em parceria com a Inovcapital e a Principle Power, instalou a primeira torre eólica flutuante em 2011, ao largo da Aguçadoura perto da Póvoa de Varzim. 

Durante 5 anos e com uma turbina eólica de 2 megawatts, a plataforma serviu-se dos ventos fortes do oceano Atlântico para produzir eletricidade suficiente para alimentar 1.300 casas. Foi construído na Lisnave, a sul de Lisboa, e rebocado durante 400km até à Aguçadoura, onde foi finalmente instalado. 

Windfloat

Com o êxito do Windfloat1, foi dada luz verde para a construção de um dos maiores parques de energia eólica flutuante do mundo, que irá nascer a 20 km da costa portuguesa, perto de Viana do Castelo. 

O projeto dá pelo nome de Windfloat Atlantic e nasceu pela mão da EDP Renováveis, a Repsol e a Principle Power, com um financiamento de 60 milhões de euros do Banco Europeu de Investimento.

A central deverá estar pronta a injetar energia na rede até ao final de 2019, com eletricidade suficiente para abastecer 16 mil casas. O parque Windfloat Atlantic contará com três aerogeradores, cada um com uma potência de 8,4 megawatts e as plataformas serão dispostas em linha, todas à mesma latitude e afastadas entre si cerca de 600m.

Estando a plataforma instalada em mares muito profundos ao largo de Viana do Castelo, a escolha das fundações recaiu sobre as flutuantes (daí o termo Windfloat), quando as fundações “tradicionais” são as que têm bases fixas no fundo do mar. Este projeto veio assim contribuir para criar um novo standard tecnológico na exploração de energia eólica e abrir portas à instalação destas soluções em mares mais profundos, em todo o mundo.

Windfloat

Offshore pelo mundo

O primeiro parque eólico offshore do mundo foi construído ao largo da Dinamarca (Vindeby), em 1991, perante a incredulidade da indústria energética — o parque eólico  era consideravelmente mais pequeno que as habituais centrais elétricas a carvão e seria construído sobre água salgada, em condições duvidosas (para a época). 

Mas o ceticismo rapidamente deu lugar ao entusiamo quando se percebeu que a produção  de energia offshore era mais eficiente do que em terra. Os avanços tecnológicos sucederam-se e a implantação de turbinas também, primeiro na Europa e Ásia, expandindo-se depois aos Estados Unidos e resto do mundo.

Nos dias de hoje, a energia eólica é explorada principalmente no Mar do Norte, nas costas do Reino Unido, Bélgica, Holanda, Alemanha e Dinamarca. Mas a atividade também tem aumentado consideravelmente nos mares da China, que se posiciona, agora, no top 5 do mercado internacional.

Até ao ano de 2030, as previsões da Bloomberg indicam que este crescimento vai aumentar ainda mais a nível global, podendo a capacidade instalada mais que triplicar em 10 anos, em várias regiões.

Offshore no Mundo

O que o futuro nos reserva

A EDP desenvolve os seus projetos de energia eólica através da EDP Renováveis (EDPR). Presente em 13 países, desde a Europa às Américas, a sua cadeia de valor inclui o desenvolvimento, engenharia e operação das plataformas geradoras. 

O offshore tem um peso cada vez mais significativo no negócio da EDPR, algo que ficou bem patente com a vitória da empresa no leilão para a exploração da central “Mayflower” — localizada na costa leste dos Estados Unidos da América, com uma potência instalada de 1600MW e que deve entrar em operação em 2022.

"A vitória neste leilão é mais um reforço do posicionamento da EDP naquilo que tem sido uma nova avenida de crescimento para o grupo: o offshore», reiterou António Mexia sobre o tema, acrescentando ainda que «a EDP Renováveis entra agora no segmento de offshore no principal mercado de crescimento das renováveis, os EUA, onde a empresa já é um dos principais players em energia eólica onshore".

O desenvolvimento de projetos como o WindFloat posicionam a EDP como líder mundial na tecnologia eólica offshore flutuante e permitem aumentar a importância de geração renovável no setor energético. A par da vitória nos EUA, a companhia atua na Escócia, está a desenvolver duas centrais eólicas offshore em França e tem planos para concorrer a leilões futuros de energia eólica marítima nesse país.

A energia eólica tem sido um foco de atenção da EDP, não só para tirar partido deste recurso natural abundante, mas também no sentido de contribuir para a expansão das energias limpas e para uma sociedade descarbonizada, em linha com os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável com que se comprometeu.