Como tornar os parques eólicos flutuantes o futuro da eletricidade verde

Como tornar os parques eólicos flutuantes o futuro da eletricidade verde
Vismar UK / Shutterstock

Desde 2010, a energia eólica tem visto um crescimento sustentado em todo o mundo, com a quantidade de energia gerada pela energia eólica offshore aumentando em quase 30% a cada ano. Países em todo o mundo precisam aumentar rapidamente o suprimento de energia renovável para atender à crescente demanda e reduzir rapidamente as emissões. Apesar dessa urgência, a energia eólica offshore atualmente fornece menos de 1% do suprimento de eletricidade do mundo.

Muitos dos principais locais de águas rasas para a construção de parques eólicos estão sendo desenvolvidos. Mas o potencial da energia eólica offshore ainda permanece amplamente inexplorado, conforme o gráfico da capacidade instalada mundial abaixo.

Capacidade eólica onshore vs offshore

Capacidade eólica onshore vs offshore (como tornar os parques eólicos flutuantes o futuro da eletricidade verde)Chave: vento offshore = cinza claro e vento onshore = cinza escuro. IRENA, Autor fornecida

A razão para esse potencial inexplorado é que 80% do vento sopra ininterruptamente em alto mar - em águas a mais de 60 metros, onde é difícil construir turbinas embutidas no fundo do mar.

A solução pode ser parques eólicos offshore flutuantes. Então, o que os está segurando?

Vento flutuante offshore

Todos, exceto um punhado de turbinas eólicas offshore existentes, são fixados ao fundo do mar por uma fundação fixa - principalmente uma grande pilha tubular de aço que transita para o mastro da turbina acima do fundo do mar. Essas chamadas turbinas de fundo fixo são limitadas a profundidades de água de 50 ou 60 metros.

Mas projetos recentes, incluindo Hywind ao largo da costa da Escócia e Windfloat fora de Portugal, mostram que é possível construir turbinas eólicas flutuantes. Uma única turbina de seis megawatts - como as usadas na fazenda Hywind - pode gerar eletricidade suficiente para abastecer 4,000 residências no Reino Unido.

Mas fornecer eletricidade doméstica equivalente para uma população global de 9 bilhões por 2050 exigiria algo como meio milhão de turbinas eólicas offshore - um aumento de 100 vezes no número atual - mais a capacidade extra de fornecer eletricidade para a demanda futura de energia.

Infelizmente, embora os parques eólicos flutuantes sejam tecnicamente viáveis, eles não são economicamente viáveis. Fazer qualquer coisa no mar é caro. Para construir um parque eólico de um gigawatt de fundo fixo, o custo de concluir a pesquisa de campo necessária é da ordem de 15 milhões de libras. A instalação e o comissionamento da fazenda custariam cerca de £ 650 milhões, enquanto os custos contínuos de operação e manutenção seriam de aproximadamente £ 75 milhões por ano. No final de sua vida útil, que pode levar cerca de 25 anos, há outros 300 milhões de libras necessários para o descomissionamento.

No entanto, os parques eólicos flutuantes, que ainda estão nos primeiros dias de seu design e tecnologia, são ainda mais caros. Enquanto o preço para o fornecimento de energia eólica offshore em 2019 variou entre £ 36 e £ 45 por MWh de eletricidade, os leilões atuais de vento eólica flutuante são preços mais que o dobro dessa quantidade.

Estruturas offshore também são muito grandes. As turbinas Hywind de seis megawatts têm 154 metros de diâmetro - cada lâmina tem o mesmo comprimento que a envergadura de uma aeronave A380. A turbina Siemens Gamesa de 10 megawatts tem um diâmetro de rotor de 193 metros, enquanto a turbina de referência de 15 megawatts do Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA tem um diâmetro de 240 metros. Construir, instalar, operar, monitorar, manter e desativar a infraestrutura dessa escala no oceano, não é tarefa trivial.

Duas das cinco turbinas usadas no primeiro parque eólico flutuante do mundo, Hywind Scotland.Duas das cinco turbinas usadas no primeiro parque eólico flutuante do mundo, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock

Enquanto as empresas de energia costumam construir longe no mar, uma única turbina eólica flutuante produz muito menos energia do que uma única plataforma de petróleo ou gás offshore. Ao longo de sua vida útil, dependendo do tamanho de ambas as estruturas, pode estar na faixa de 1,000 vezes menos. Portanto, é necessária muito mais infraestrutura para o mesmo rendimento energético das energias renováveis. Colocar uma turbina eólica offshore no mar e mantê-la lá precisa se tornar muito mais barata para combinar com o custo da produção de energia a partir de petróleo ou gás offshore.

Muito pode ser aprendido com a engenharia offshore tradicional para ajudar na transição para as energias renováveis. Mas as reduções de custos necessárias não podem ser alcançadas fazendo mais do mesmo, ou aumentando a eficiência dos métodos e tecnologias existentes.

Soluções tecnológicas

É por isso que provavelmente serão necessárias novas tecnologias para tornar os parques eólicos flutuantes econômicos. Por exemplo, o uso de robôs e outras tecnologias autônomas para controlar as atividades de engenharia offshore - desde a investigação do fundo do mar até a operação, inspeção e manutenção de uma turbina eólica flutuante - poderia reduzir o risco para os trabalhadores e fornecer um controle mais eficiente desses sistemas complexos.

As inspeções rotineiras dos parques eólicos offshore por pessoas seriam impraticáveis ​​nos vastos desenvolvimentos que estão sendo construídos hoje e certamente nos planejados no futuro. Sensores inteligentes embutidos em todas as partes de um parque eólico flutuante podem avaliar continuamente como a estrutura está se saindo.

Aprendizado de máquinas - que usa dados para ensinar os computadores a tomar decisões por conta própria - pode ser usado para indicar a âncora mais eficiente durante o projeto ou se uma linha de ancoragem pode estar em risco de falha durante a operação.

O aprendizado de máquina já pode usar dados climáticos para controlar as posições das pás das turbinas, para maximizar a quantidade de energia que eles geram ou impedir danos em ventos fortes ou tempestades. Novos métodos combinar física com aprendizado de máquina pode fazer previsões confiáveis ​​com menos dados, o que é útil no exterior, onde é difícil coletar dados.

À medida que o governo do Reino Unido inicia uma inquérito no tipo de inovações tecnológicas que poderiam enfrentar as mudanças climáticas, o vento marítimo é o primeiro porto de escala. Com o investimento na tecnologia do futuro, os parques eólicos flutuantes podem ajudar a sobrecarregar a capacidade de energia renovável do país e do mundo.A Conversação

Susan Gourvenec, Cadeira da Royal Academy of Engineering em Tecnologias Emergentes - Engenharia Oceânica Inteligente e Resiliente, Universidade de Southampton

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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