Energia Eólica Flutuante - que futuro?
26 setembro 2022A procura de alternativas ao uso de combustíveis fósseis de elevadas emissões de gases de efeito de estufa é hoje reforçada pela convenção-quadro das Nações Unidas sobre Alterações Climáticas decorrente do acordo de Paris e pelo atual contexto geopolítico que veio a evidenciar o grau assinalável de insegurança no abastecimento de que padecem espaços geográficos como o europeu.
Neste contexto, a União Europeia definiu o objetivo de redução mínima de 55% na emissão e gases com efeito de estufa até 2030 e a neutralidade carbónica até 2050, aspetos reforçados por sucessivos pacotes, sendo o último o REPepowerEU: affordable, secure and sustainable energy for Europe. Assim, encontra-se constituída a meta de 32% de energia proveniente de fontes renováveis até 2030 em toda a União Europeia. O Investimento em fontes de energia renovável no território europeu tornou-se assim ainda mais importante não só do ponto de vista climático, mas também económico e geoestratégico.
A eólica offshore no contexto internacional
Nos últimos anos temos assistido a nível global a uma aceleração do crescimento no sector da eólica offshore. Este sector é nos dias de hoje amplamente apoiado pelo poder político, em particular nos países banhados pelo Mar do Norte, devido ao elevado potencial de geração de energia renovável limpa [1]. Em comparação com outras fontes renováveis de energia este sector não só apresenta um nível crescente de maturidade tecnológica assim como permite o acesso a recurso natural abundante. É nesse contexto que os riscos associados a investimentos desta natureza tem vindo a reduzir e que a aceitação por parte dos centros de decisão tem vindo a aumentar.
No espaço geográfico europeu, a pressão do sector Eólico para a ocupação de áreas geográficas de elevado impacto em terra (onshore) aliada à necessidade de progredir em capacidade geradora adicional, tem colocado o espaço marítimo (offshore) como um vetor complementar à expansão da energia eólica. De facto, em 2020 e 2021, da nova potência eólica instalada no espaço europeu, cerca de 20 % é offshore [17] [18].
Um vetor muito relevante no desenvolvimento tecnológico do sector encontra-se precisamente no âmbito dos aerogeradores offshore (OWT’s - Offshore Wind Turbines) [2], sendo muitos os fatores que favorecem do desenvolvimento destes parques eólicos, desde a elevada disponibilidade de recurso eólico, o baixo impacto visual e sonoro e as baixas perdas de transmissão e distribuição.
É, pois, esperado que a indústria Eólica Offshore continue a crescer a um ritmo ainda mais acelerado sobretudo tendo em conta os planos de implementação de parques Eólicos na Europa, China, e Estados Unidos da América [10] [11].
A Europa é o maior exemplo da migração de terra (Onshore) para o Mar (Offshore) do sector Eólico. O mar do Norte representa atualmente 70% da capacidade mundial Eólica Offshore, esta zona é particularmente favorável à instalação de turbinas Eólicas devido às baixas profundidades [3]. Na Europa a tendência da Eólica Offshore é de pleno crescimento: entre Comissão Europeia e Governos nacionais, aponta-se para uma meta de 79 a 92 GW em 2030 [18]. A segunda maior economia do mundo, a China, também prevê 200 GW de capacidade instalada em Eólica Offshore nas próximas décadas.
Contexto nacional e custos
No contexto nacional as elevadas profundidades junto à costa Portuguesa impossibilitam a instalação de parques Eólicos com o recurso a torres eólicas fixas no fundo marinho, tal como acontece no Mar do Norte. Contudo, a necessidade de instalação de parques eólicos offshore em grandes profundidades impulsionou projetos como o WindFloat [6] que possibilitaram a instalação de turbinas Eólicas Flutuantes (FOWT’s - Floating Offshore Wind Turbines) em locais de grande profundidade e admite-se hoje que a massificação da eólica offshore em Portugal é um cenário plausível, prevendo-se mesmo o lançamento de concursos para instalação de Turbinas Eólicas Flutuantes na costa Portuguesa a já em 2023 [19].
De facto, a maior fatia do recurso Eólico está localizada nas zonas de grande profundidade onde apenas se podem instalar turbinas eólicas flutuantes. Desta forma a indústria eólica offshore tem vindo a fazer uma aposta forte no ramo das FOWT’s porque permite aceder a recursos Eólicos maiores sem a necessidade de implementação de estruturas fixas no fundo do mar. O investimento no desenvolvimento tecnológico da estrutura flutuante de uma turbina Eólica representa ainda hoje uma fatia avultada do investimento, cerca de 36% do custo total de uma turbina Eólica flutuante. Contudo prevê-se que este valor baixe drasticamente nos próximos anos com a industrialização da tecnologia, acrescendo ainda que as FOWT’s implicam custos inferiores a nível da instalação e estudos geofísicos e geotécnicos do subsolo marinho [4].
Projetos e tecnologias
Entre os projetos mais icónicos de FOWT’s estão Hywind demo [5] na Noruega, WindFloat [6] em Portugal, Fukushima fase II FOWT [7] no Japão e Hywind Scotland [8] no Reino Unido.
Atualmente as estruturas Eólicas flutuantes (FOWT’s) podem-se agrupar em 3 grandes grupos: (i) Semi-submersível; (ii) Spar Buoy; e (iii) TLP – Tension Leg Platform. Os custos associados à instalação e transporte dos dois últimos (Spar Buoy e TLP) são de facto bastante avultados quando comparados com as estruturas flutuantes do tipo Semi-submersível. As estruturas Eólicas flutuantes do tipo Semi-submersível permitem a utilização de um sistema genérico de rebocador da turbina Eólica, já montada, até ao local de instalação desejado. Este tipo de estrutura flutuante permite também a instalação em profundidades baixas assim como o transporte da estrutura completa para descomissionamento e manutenção do sistema em estaleiros localizados nas zonas portuárias.
São vários os projetos de relativos ao desenvolvimento e implementação de estruturas Semi Submersiveis de FOWT’s. Para além do já referido WindFloat existem também o Dutch Tri-floater, Windsea, Windflo, Braceless, V-shaped, OC4-DeepCwind, X1Wind e W2Power da Enerocean.
O INEGI e a eólica offshore
O INEGI está envolvido na eólica offshore desde os primeiros estudos, elaborados em meados da primeira década deste século, de avaliação do potencial energético do recurso eólico offshore e definição dos padrões temporais de colocação da potência de origem eólica offshore na rede elétrica nacional.
Mais recentemente, o INEGI envolveu-se em colaboração com o Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto na análise do comportamento estrutural dos grandes componentes estruturais em operação em condições reais offshore.
Numa vertente de investigação científica e de transferência de tecnologia para o sector da energia renovável offshore, o INEGI tem participado em diversos projetos europeus como o MAREWIND [13], FIBERGY [14], Atlantic Power Cluster [15] e PROTEVS [16]. Este tipo de projetos capacitam o INEGI de instrumentos essenciais aos desafios da industria nacional no desenvolvimento deste sector.
Notas finais
Existe claramente um futuro desafiante e promissor para o desenvolvimento de energia renovável offshore, nomeadamente para a Eólica Offshore que necessita do envolvimento concertado das instituições de investigação, indústria, sociedade e centros de decisão.
O histórico de atividade no sector eólico e a participação em projetos europeus de elevado grau de inovação posicionam o INEGI como o parceiro certo para apoiar o desenvolvimento da industria nacional no sector eólico Offshore.
Referências
[1] - Xiaoni Wu, Yu Hu, Ye Li, Jian Yang, Lei Duan, Tongguang Wang, Thomas Adcock, Zhiyu Jiang, Zhen Gao, Zhiliang Lin, Alistair Borthwick, Shijun Liao (2019). "Foundations of offshore wind turbines: A review” - Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 104, 379-393. ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.01.012.
[2] - Zhengru Ren, Amrit Shankar Verma, Ye Li, Julie J.E. Teuwen, Zhiyu Jiang (2021). "Offshore wind turbine operations and maintenance: A state-of-the-art review” - Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 144, 110886, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110886.
[3] - Jiang, Zhiyu, Weifei Hu, Wenbin Dong, Zhen Gao, and Zhengru Ren. 2017. "Structural Reliability Analysis of Wind Turbines: A Review" Energies 10, no. 12: 2099. https://doi.org/10.3390/en10122099
[4] – Mone C.; Hand, H.; Bolinger, M.; Rand, J.; Heimller D.; Ho J.; (2015) "Cost of Wind Energy” Technical Report - NREL/TP-6A20-66861
[5] - Frederick Driscoll, Jason Jonkman, Amy Robertson, Senu Sirnivas, Bjørn Skaare, Finn Gunnar Nielsen, (2016) "Validation of a FAST Model of the Statoil-hywind Demo Floating Wind Turbine”, Energy Procedia, Volume 94, Pages 3-19, ISSN 1876-6102, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.09.181.
[6] – Maciel J. G., (2010) "The Windfloat Project” EDP, Lisbon, Portugal.
[7] - Nicolas Boccard, (2014) "The cost of nuclear electricity: France after Fukushima”, Energy Policy, Volume 66, Pages 450-461, ISSN 0301-4215, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2013.11.037.
[8] - Skaare, B. (2017) "Development of the Hywind Concept." Proceedings of the ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. Volume 9: Offshore Geotechnics; Torgeir Moan Honoring Symposium. Trondheim, Norway. June 25–30, 2017. V009T12A050. ASME. https://doi.org/10.1115/OMAE2017-62710
[12] - https://www.bbc.com/news/world-europe-55931873
[15] - https://www.wavec.org/en/research-development/projects/atlantic-pc
[17] - Wind energy in Europe - 2020 Statistics and the outlook for 2021-2025 February 2021, WindEurope - https://windeurope.org/intelligence-platform/product/wind-energy-in-europe-2020-statistics-and-the-outlook-for-2021-2025/
[18] - Wind energy in Europe - 2021 Statistics and the outlook for 2022-2026 February 2022, WindEurope - https://windeurope.org/intelligence-platform/product/wind-energy-in-europe-2021-statistics-and-the-outlook-for-2022-2026/
[19] - https://eco.sapo.pt/2022/05/31/governo-adia-para-2023-primeiro-leilao-eolico-offshore/