Strain Gages da HBM Medem as Cargas nas Fundações de Turbinas Eólicas Offshore

Concorrência, inovação e pressão sobre os preços

“A energia eólica tornou-se extremamente popular em todo o mundo nas últimas décadas”, explica Jeroen Bongers, da Siemens Windpower, Holanda. “Muitas turbinas e parque eólicos foram construídos na Holanda nos últimos 25 anos. Mais de 5% da energia gerada atualmente na Holanda vem de turbinas eólicas e, embora o país ainda esteja muito atrasado em termos internacionais, estamos no caminho certo. A energia eólica foi destaque no Acordo de Energia em 2015. Um total de cerca de 4.500 megawatts serão instalados na costa da Holanda em Borssele e em IJmuiden nos próximos anos”.

Segundo Bongers, uma desvantagem do rápido crescimento é a crescente concorrência.

“Mais e mais consórcios estão oferecendo novas propostas, o que significa que os preços estão sob pressão. Isso é bom para o governo em todas as situações. Há alguns anos, assumimos um preço de 100€ por megawatt em 2020, mas já caiu para 73€. A Vattenfall desenvolveu um novo parque eólico na Dinamarca com um preço de custo menor que 50€ por megawatt. O principal consórcio Kennis en Innovatie Wind op Zee (TKI-WoZ) calculou que uma redução de preço de 46% comparado com nível de preço em 2010 é alcançável até 2020, o que tornaria a energia eólica uma fonte competitiva de energia, para a qual os subsídios não seriam mais necessários”. A concorrência e a pressão por preços representam um desafio considerável para as empresas reduzirem o custo das turbinas e parques eólicos, razão pela qual uma grande pesquisa está sendo realizada. Isso já fez com que o fornecimento de energia das turbinas eólicas tenha dobrado de 3,6MW para 8MW em apenas cinco anos. Sobre isso, Bongers diz:

“O preço de um parque eólico com um fornecimento de 100MW, que consiste de 13 turbinas eólicas de 8MW cada é muito mais atrativo do que 25 turbinas eólicas que produzem 4MW cada”.

Experimento na IJsselmeer

“Conhecemos muito a respeito de forças estáticas e dinâmicas em turbinas eólicas, mas nem tanto a respeito do efeito das ondas do mar”, explica Bongers. “Nossa pesquisa foi direcionada principalmente sobre o papel do leito do mar. Em termos gerais, um piso mais rígido absorve cargas mais facilmente.

A condição do solo submarino é, portanto, um ponto de partida importante quando se projeta turbinas eólicas, e uma extensa pesquisa de solos produz melhores parâmetros para a concepção das fundações.

Queremos mapear e validar esta relação no projeto Disstinct, não apenas usando modelos de computador, mas também na prática, e é isso que fizemos quando construímos o parque eólico Westermeerwind.”

Este parque eólico encontra-se em IJsselmeer, ao longo da costa nordeste dos diques, ao norte da cidade de Urk. Ele gera 144MW, o que é suficiente para fornecer energia para 160.000 famílias. As 48 turbinas eólicas da Siemens estão dispostas em duas fileiras e são espaçadas entre 400 a 500 metros de distância. Possuem 95 metros de altura e os rotores possuem 108 metros de diâmetro. O local aonde se encontram possui uma profundidade entre 4 a 7 metros.

A Siemens foi o empreiteiro para o parque eólico, que foi construído junto com a Van Oord, BM4Wind e a VMBS, em um contrato da Westermeer Wind B.V. O parque eólico foi oficialmente solicitado pelo Ministro Kamp de Assuntos Econômicos, em 21 de Junho de 2016.

Fundações com strain gages

Foi realizado um exame completo, incluindo testes sísmicos, do fundo do mar sob o parque eólico de Westermeerwind, em IJsselmeer, para o projeto Disstinct. As fundações em aço foram projetadas com bases nestes testes.

As monoestacas possuem cinco metros de diâmetro, pesando mais de duzentas toneladas e estão a aproximadamente 25 metros de profundidade do leito do mar. Uma das estacas da fundação foi instrumentada com equipamentos de medição para o propósito do experimento. A estaca foi equipada com anéis de quatro strain gages em sete níveis em seu lado interno, para que a expansão do aço pudesse ser medida.

O número alto de anéis foi escolhido para se ter certeza de que os strain gages pudessem fornecer as informações desejadas, mesmo se um ou mais anéis não funcionassem.

“A instalação dos sensores foi uma operação complicada”, explica Marc van den Biggelaar, um dos engenheiros certificados de instalação de strain gages da HBM, no noroeste europeu, que está envolvido no projeto. “Uma estaca de fundação possui aproximadamente cinco metros de diâmetro, então tivemos que trabalhar com uma pequena plataforma suspensa. Os técnicos usaram equipamentos de proteção, de acordo com a legislação trabalhista, como também equipamentos especiais de baixa voltagem. A estaca de aço teve que ser aterrada porque é uma estrutura condutora”.

“Existem duas formas de fixar os strain gages: por colagem ou soldagem por ponto. A colagem acabou sendo a única opção para este projeto, pois a monoestaca já havia sido certificada”.

Realização do Projeto

Os strain gages são colados nos locais de medição há anos, usando tipos específicos de cola e técnicas específicas de colagem, dependendo do material, da aplicação, da faixa de temperatura e das condições ambientais. Para o projeto Disstinct, no qual os strain gages estavam submersos e mesmo no leito do mar, foi usado um tipo de cola e um revestimento especial para mantê-los a prova d’água.

De acordo com Van den Biggelaar, os engenheiros da HBM da Escandinávia têm usado frequentemente esta técnica, então faz todo o sentido levar uma equipe especializada da Noruega para o projeto.

“As condições ambientais não eram ideais durante o trabalho, o que significa que a monoestaca teve que ser pré-aquecida para que a cola e o revestimento fossem adequados. Os cabos de conexão também tinha que ser de um tipo especial à prova d’água. Para fornecer proteção adicional, eles foram colocados em um duto que foi instalado por um terceiro e também foi colado na monoestaca. Uma consequência adicional não planejada foi que os strain gages instalados nos permitiram controlar o comportamento da estaca de fundação enquanto ela estava sendo construída. Oitenta por cento dos strain gages sobreviveram à construção da estaca, o que foi maior o que esperávamos. Os strain gages fornecerão muito mais dados nos próximos anos. Na Noruega, temos projetos de medição similares que operam desde 2003”.

Resultados

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