A energia eólica offshore representa um avanço significativo na geração de eletricidade sustentável. Utilizando turbinas eólicas instaladas em alto-mar, essas instalações aproveitam os ventos mais fortes e constantes do oceano, aumentando a eficiência e a capacidade de geração de energia. Com mais de 70% da superfície da Terra coberta por mares e oceanos, a energia eólica offshore transforma vastas áreas oceânicas, que possuem potencial produtivo e não eram aproveitadas, em valiosos ativos energéticos, mesmo que muitas instalações ainda fiquem relativamente próximas à costa.
Funcionamento de um Parque Eólico Offshore
Os parques eólicos offshore podem ser divididos em duas categorias principais, baseadas na técnica de instalação das turbinas:
Turbinas Fixadas no Fundo do Mar: Utilizadas em áreas próximas à costa ou em águas rasas.
Turbinas em Plataformas Flutuantes: Adequadas para o mar aberto, onde a profundidade é maior e o assoalho marinho é mais complexo.
A operação dessas turbinas é semelhante às onshore: o vento aciona as pás rotativas, que por sua vez acionam um gerador elétrico, realizando a conversão da energia mecânica em energia elétrica. A diferença crucial é a localização, pois a velocidade do vento no oceano é maior e mais uniforme, potencializando a geração de energia.
Tipos de Plataformas Flutuantes
A energia eólica flutuante offshore é viabilizada por diversas plataformas flutuantes, escolhidas conforme as condições oceanográficas do local e o projeto específico:
Barcaça (Barge): Grande área de superfície em contato com a água, proporcionando estabilidade, semelhante a um barco.
Semissubmersível (Semi-submersible): Minimizam a área de superfície exposta, maximizando o volume deslocado para estabilidade.
Spar: Cilindros com peso na base para garantir estabilidade vertical, ideal para turbinas maiores.
TLP (Tensioned Legs Platform): Estrutura estelar com braços mínimos, ancorada por cabos tensionados.
Desafios e Vantagens
Desafios: Projeto das plataformas para suportarem a variabilidade do movimento e intensidade das ondas de forma a não comprometer a operação e estrutura, a construção em profundidades maiores, transporte e instalação de grandes estruturas e a complexidade dos assoalhos marinhos.
Vantagens: Aproveitamento de áreas marítimas vastas, sem a presença de relevos e ventos mais fortes, contribuindo significativamente para a energia renovável e a sustentabilidade.
Estudo de Caso: Projeto em CFD de Flutuadores para Turbinas Eólicas Offshore
Para apoiar e acelerar o desenvolvimento de plataformas flutuantes para turbinas eólicas offshore, foi realizado um estudo detalhado utilizando simulação computacional sobre a operação da Resposta Ampliada de Oscilação (RAO). Testes conduzidos em laboratório mediram a resposta dos flutuadores, e esses experimentos foram fielmente reproduzidos com simulação em CFD pelo Simcenter Star-CCM+. A precisão presente nesta ferramenta é crucial para reduzir o tempo e os custos de desenvolvimento, permitindo otimizações rápidas e eficientes dos projetos de plataformas flutuantes e outros componentes de turbinas eólicas.
O Simcenter Star-CCM+ permite que os engenheiros desenvolvam as seguintes atividades de projeto do flutuador:
Validação do Movimento RAO: O Star-CCM+ permitiu a validação precisa do movimento RAO (Resposta Ampliada de Oscilação) usando sinais de onda testados por modelos. Esse processo é essencial para representar exatamente o comportamento físico das diferentes fases fluidas e sólidas, assegurando que as simulações reflitam com precisão as condições reais enfrentadas pelas estruturas flutuantes. A validação do RAO é fundamental para garantir que os projetos de flutuadores possam operar de forma estável e eficiente em ambientes marítimos, minimizando os riscos de falhas estruturais e maximizando a eficiência da geração de energia. No gráfico abaixo, as curvas experimental (Modelo Teste) e numérica (CFD) são comparadas, demonstrando a grande precisão do Star-CCM+ na reprodução dos testes. Essa precisão é crucial para reduzir o tempo e os custos de desenvolvimento, permitindo otimizações rápidas e eficientes dos projetos de plataformas flutuantes e outros componentes de turbinas eólicas.
Comparação da resposta de elevação (Azul: Modelo Teste, Vermelho: CFD)
Teste de Ondas em Piscina (OTRC 2013): Os testes de ondas em piscina, utilizam modelos em escala para validar o desempenho de flutuadores em condições marítimas simuladas. A piscina gera ondas controladas para replicar o mar, e sensores medem forças e movimentos dos modelos. Esses testes identificam e corrigem problemas de projeto antes da construção real, economizando recursos e assegurando a eficiência e segurança das operações offshore.
Otimização de Árvores de Projeto: Desenvolvimento de flutuadores eficientes para aplicações em condições úmidas e secas, garantindo desempenho otimizado e adaptabilidade a diferentes ambientes operacionais. Esse processo envolve a análise e a modificação de diversos parâmetros de projeto para maximizar a eficiência, durabilidade e custo-benefício dos flutuadores, levando em consideração fatores como resistência à corrosão, estabilidade em diferentes condições de mar e facilidade de manutenção.
A energia eólica offshore, especialmente com o uso de plataformas flutuantes, representa uma das mais promissoras soluções para a geração de energia renovável.
Com o suporte da simulação computacional e dos avançados softwares da Siemens, os desafios técnicos podem ser superados e o desenvolvimento de soluções é acelerado, permitindo a implementação de projetos eficientes e sustentáveis de forma rápida.
Avanços como estes não só contribuem para um planeta mais verde, mas também impulsionam a inovação no setor de energia renovável, promovendo um futuro mais sustentável para todos.
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