Foi de forma natural que o aproveitamento do recurso eólico
evoluiu dos tradicionais parques em terra (onshore) para
locais offshore. Se por um lado os melhores locais para
instalação em terra começam a escassear, a grande
disponibilidade de recurso offshore permite a
disponibilidade de áreas muito elevadas para a sua
exploração.
Os ventos mais fortes, no mar, associados a uma rugosidade
de classe zero criam condições ideais para a instalação de
geradores eólicos de potência elevada tornando assim
possível uma maior produtividade, que pode compensar os
inerentes custos de instalação e de operação mais elevados.
No entanto existem alguns desafios que necessitam de ser
mais investigados e que estão a ser alvo de investimento,
tais como as torres, os sistemas de fixação e a instalação da
cablagem

Brandão, Roque Filipe Mesquita

Neutro à Terra

Foi de forma natural que o aproveitamento do recurso eólico evoluiu dos tradicionais parques em terra (onshore) para locais offshore. Se por um lado os melhores locais para instalação em terra começam a escassear, a grande disponibilidade de recurso offshore permite a disponibilidade de áreas muito elevadas para a sua exploração.Os ventos mais fortes, no mar, associados a uma rugosidade de classe zero criam condições ideais para a instalação de geradores eólicos de potência elevada tornando assim possível uma maior produtividade, que pode compensar os inerentes custos de instalação e de operação mais elevados.No entanto existem alguns desafios que necessitam de ser mais investigados e que estão a ser alvo de investimento, tais como as torres, os sistemas de fixação e a instalação da cablagem

PARC - Plataforma Aberta de Revistas Cientificas Instituto Politécnico do Porto

ARTIGO TÉCNICO45Roque Filipe Mesquita BrandãoInstituto Superior de Engenharia do Porto1. IntroduçãoFoi de forma natural que o aproveitamento do recurso eólicoevoluiu dos tradicionais parques em terra (onshore) paralocais offshore. Se por um lado os melhores locais parainstalação em terra começam a escassear, a grandedisponibilidade de recurso offshore permite adisponibilidade de áreas muito elevadas para a suaexploração.Os ventos mais fortes, no mar, associados a uma rugosidadede classe zero criam condições ideais para a instalação degeradores eólicos de potência elevada tornando assimpossível uma maior produtividade, que pode compensar osinerentes custos de instalação e de operação mais elevados.No entanto existem alguns desafios que necessitam de sermais investigados e que estão a ser alvo de investimento,tais como as torres, os sistemas de fixação e a instalação dacablagem.2. Situação atual e previsões futuras para a EuropaAtualmente, de acordo com dados da associação europeia deenergia eólica (EWEA) estão instalados, offshore, 4,3 GW. Noentanto, está previsto que para 2020 se possa chegar aos 40GW instalados, num cenário otimista.Um sinal da evolução que se tem sentido neste setor tem aver com a dimensão dos parques offshore. Em 2007 a grandemaioria dos parques eólicos offshore eram de pequenadimensão e poucos eram os que ultrapassavam, em termosde potência instalada e número de turbinas, o parque HornsRev, instalado na Dinamarca e que possui 80 turbinas de 2MW cada, instaladas a uma distância entre 14 e 20 km dacosta e a uma profundidade que varia entre os 6 e os 12metros.Em 2009 foi colocado em funcionamento o parque HornsRev II com mais 209 MW instalados a uma distância quevaria entre os 20 e os 30 km da costa e uma profundidade de9 a 17 metros. Sendo este conjunto dos dois parques o maiorcomplexo offshore em exploração. No entanto estãoplaneados e em alguns casos já em construção, parqueseólicos com potências muito superiores, em países como oReino Unido, Alemanha ou Suécia, onde se pretendeexplorar parques com potências instaladas superiores a 1GW.Com a necessidade de explorar o recurso eólico emlocalizações cada vez mais afastadas da costa e em águasmuito profundas, torna-se imperioso desenvolver novassoluções de fixação das turbinas, de suporte e em termosdos materiais usados na conversão eólica, por forma aotimizar todo o sistema e assim reduzir os custos deinstalação, exploração e manutenção dos parques.Estruturas de Fixação de Aerogeradores.Instalações Offshore.Figura 1 – Evolução do offshore até 2020 (Fonte: EWEA)Figura 2 – Parque eólico de Horns RevARTIGO TÉCNICO463. Fixação das TurbinasNos parques instalados onshore os sistemas de fixação dastorres usados foram-se generalizando em torno de um únicométodo, baseado numa sapata em betão, no qual depois sãofixadas as torres.No caso offshore os sistemas de fixação são variados edependem de muitos fatores influenciados pelaprofundidade, pelo tipo de terreno do fundo do mar, pelotipo de turbina a instalar e pelos custos e riscos técnicos.Os sistemas de fixação podem dividir-se em duastecnologias, os sistemas fixos ao fundo e os sistemasflutuantes.O primeiro tipo de tecnologia está mais desenvolvido e émuito utilizada em parques já em operação.Os sistemas flutuantes estão ainda em fase dedesenvolvimento, estando instalados alguns sistemas piloto,não se tendo ainda alcançado uma fase comercial.Dentro da classe das fundações do tipo fixo estãodesenvolvidas várias tecnologias. No entanto, podem serclassificadas em 3 tipos, fixações por monopilar, fixações porgravidade ou fixações que usam uma estrutura de pilares.Nas figuras 4 e 5 podem ser visualizadas as três tecnologias.A maioria dos parques eólicos offshore em operação estãoinstalados a profundidades entre 20 a 25 metros e usamfundações do tipo monopilar, isto porque são relativamentesimples de produzir e fáceis de instalar, tornando-se destaforma mais económicas. O segundo maior tipo de fundaçõesé baseado em estruturas fixas por gravidade, ficando umnúmero muito pequeno de turbinas instaladas por sistemasde fixação por estrutura de pilares.Figura 3 – Sistema de fixação de uma torre eólica onshoreFigura 4 – Fixação por monopilar e por gravidadeARTIGO TÉCNICO47A figura 6 apresenta o tipo de fundações usadas em parqueseólicos offshore até ao ano de 2012.O estudo prévio do fundo do mar no local da instalação éessencial pois isso vai determinar o tipo de fixação a usar e oprocesso de instalação, que por sua vez influenciam ométodo de transporte. A escolha do potencial local para oparque eólico deve ser efetuada de forma a não só escolhera melhor opção em termos técnicos mas também a quepermita a viabilidade económica do parque.3.1 Fixação por monopilarA fixação por monopilar consiste na introdução de um pilarem aço no fundo do mar. A profundidade a que é enterradobem como o diâmetro e espessura do pilar são determinadospela profundidade do local de instalação e pela potência doaerogerador.Normalmente este tipo de fixação é usado paraprofundidades até 25 metros. Em locais mais profundos aestrutura tem tendência para tornar-se instável.Figura 5 – Fixação por estrutura de pilaresFigura 6 – Tipo de estruturas de fixação de aerogeradores em parques offshore em utilizaçãoARTIGO TÉCNICO48Uma das vantagens deste tipo de fixação em relação àsanteriores é de necessitar de ocupar uma menor área, nofundo do mar.Como a estrutura é entrelaçada, a dimensão dos pilarestambém pode ser menor, em comparação com a fixação portripé ou tripod, reduzindo-se assim os custos da estrutura.3.5 Sistemas flutuantesOs sistemas flutuantes ainda estão em fase de investigação,no entanto existem já alguns protótipos instalados. Tendocomo base as plataformas petrolíferas, que usam este tipode fixação, estão a ser desenvolvidas plataformas parautilização em aerogeradores.Este tipo de sistemas de fixação pode ser usado em águasmuito profundas, o que se pode considerar uma vantagemem relação aos sistemas de fixação anteriores.De entre os sistemas em investigação, destacam-se owindfloat (Figura 7), cujo protótipo foi construído e instaladoem Portugal, no parque offshore da Aguçadoura e o Hywind(Figura 8), instalado a 10 km a sudoeste da costa da Noruega.3.2 Fixação por bases gravíticasEste tipo de fixação é construído em doca seca sendo depoistransportado para o local de instalação. Depois de colocadono local, a base é cheia com betão ou ferro, por forma aaumentar o seu peso e assim a tornar presa ao fundo domar.Este tipo de fixação é adequado para profundidades até 30metros e é dimensionada para evitar as forças de tração e deelevação existentes entre a base da estrutura e o fundo domar.3.3 Fixação por estrutura de pilaresA fixação por estrutura de pilares pode ser efetuada atravésde dois métodos, as estruturas multi-estaca e a estruturaentrelaçada, designada por “jacket”. Este tipo de estruturassão dimensionadas para transmitir as forças para o fundo domar através dos vários pilares de fixação da estrutura. Por setratar de um sistema composto por vários pilares,normalmente o diâmetro dos pilares de fixação é pequeno.A estrutura designada por tripod é composta por 3 pilaresligados ao pilar central que por sua vez suporta a estruturado aerogerador. A ligação dos pilares de fixação ao pilarcentral é efetuada abaixo do nível da água. A profundidadede fixação dos pilares pode ser ajustada de acordo com ascaraterísticas do terreno, tendo os pilares um diâmetro que,normalmente varia entre os 2 e 3 metros, ou seja, umadimensão muito menor que a do pilar central.Este tipo de estrutura de fixação é aconselhada para locaisem que a profundidade se situa entre 20 a 50 metros.A fixação por tripé (tri-pile) é caraterizada por três pilaresque servem de base à torre do aerogerador. O ponto deligação dos pilares à torre é feito acima do nível da água e éaconselhado o seu uso em locais com profundidadesemelhante às dos tripods.As estruturas entrelaçadas são compostas por 4 pilares quesão conectados entre si por uma estrutura entrelaçada.Figura 7 – Projeto WindfloatARTIGO TÉCNICO49Ambas as estruturas de fixação são flutuantes encontrando-se fixas ao fundo do mar por um sistema de amarração porâncoras. Por não estarem diretamente ligadas ao fundo domar, podem ser aplicadas em águas com profundidademuito elevada, acima dos 100 metros.Uma outra vantagem deste tipo de estruturas é que podemser todas construídas em doca seca, sendo depois arrastadaspara o local de instalação através de barcos rebocadores,evitando-se assim o uso de navios especialmentedimensionados para as instalações eólicas offshore e osinerentes custos associados ao seu uso.Apesar de serem estruturas muito caras, tornam-seeconomicamente vantajosas quando a profundidade é muitoelevada, onde as normais estruturas de fixação se tornaminviáveis mas onde o potencial eólico é muito elevado.4. ConclusãoO potencial eólico offshore está, na sua grande parte, porexplorar. Se por um lado o recurso eólico é enorme, oscustos de instalação e exploração são muito elevados, emcomparação com as instalações onshore.Existem ainda muitos desafios que têm que serultrapassados e que têm ocupado os diversos investigadoresque se debruçam sobre esta área.A aplicação de novos materiais, mais resistentes, e asestruturas de fixação dos aerogeradores são exemplos deáreas onde é preciso evoluir mais.Bibliografia[1] Simon-Philippe Breton and Geir Moe, “Status, plans andtechnoloies for offshore wind turbines in Europe and NorthAmerica”, Renewable Energy Journal 34, 2009. Available at:www.elsevier.com/locate/renene[2] EWEA, “The European offshores wind industry – keytrensd ans statisticas 1st half 2012”[3] EWEA, “Wind in our Sails, The coming of Europe’soffshore wind energy industry”, november 2011[4] Talisman Energy, “Beatrice, wind farm demonstrator andproject scoping report” , Available at:www.beatricewind.co.ukSítios na Internetwww.ewea.orgwww.upwind.euFigura 8 – Projeto Hywind

Estruturas de fixação de aerogeradores. Instalações offshore

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