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.

Liderado pelo professor Alexandre Simos, do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da Escola Politécnica (Poli) da USP e graças ao financiamento fornecido pelo Escritório de Pesquisa Naval Global (ONR Global), um grupo de pesquisadores está 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).

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 algo 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.

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 Estados Unidos, 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 está sendo 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. 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 ”, destaca o professor Simos.

A Poli 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 ideia 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

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 1.000 metros), 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.