Como a fibra

Yuxin Wu (Cortesia de Yuxin Wu)

Em águas rasas, as turbinas eólicas offshore são fixadas no fundo do oceano. No entanto, em zonas de águas profundas, onde os ventos são normalmente mais fortes e têm a capacidade de colher mais do dobro da energia, as turbinas eólicas flutuantes ao largo da costa devem ser ancoradas ao fundo do mar, onde o oceano é demasiado profundo para estruturas fixas. A energia eólica offshore flutuante (FOSW) é uma das tecnologias de energia limpa mais promissoras, com um mercado potencial avaliado em quase 16 mil milhões de dólares – mas são necessárias soluções científicas e tecnológicas para ajudar a reduzir o custo de desenvolvimento, implementação e manutenção destes sistemas complexos.

Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) estão desenvolvendo tecnologias de detecção que consistem em cabos de fibra óptica, que poderiam ser instalados em estruturas FOSW que foram planejadas na costa da Califórnia. Isto permitiria que as estruturas monitorizassem automaticamente as condições prejudiciais que poderiam levar a reparações dispendiosas e também ajudaria a avaliar o impacto da FOSW nos mamíferos marinhos, detectando a sua actividade.

Em colaboração com especialistas em ciência de materiais, engenharia, geofísica e desenvolvedores de FOSW de todo o mundo, o cientista do Berkeley Lab, Yuxin Wu, está agora trabalhando para desenvolver soluções para reduzir o custo de desenvolvimento e implantação de FOSW, ao mesmo tempo que minimiza potenciais impactos ambientais.

P. Qual é o maior obstáculo à expansão das tecnologias eólicas offshore flutuantes?

Wu: Até agora, houve poucas implantações de FOSW porque a tecnologia está nos estágios iniciais de desenvolvimento. Atualmente, nenhum desses sistemas foi implantado perto de 1.000 metros de profundidade. Queremos alavancar a inovação científica através da concepção conjunta de materiais estruturais que sejam mais capazes de resistir a ambientes marinhos adversos e eventos climáticos extremos. E queremos adicionar detecção distribuída de fibra óptica aos sistemas FOSW para permitir que os sistemas se automonitorem em tempo real em busca de possíveis problemas, uma capacidade que poderia prolongar a vida útil de um sistema e reduzir os custos operacionais e de manutenção.

P. Como sua equipe aplica a detecção de fibra óptica a essas inovações?

Wu: Um cabo de fibra possui um núcleo de vidro que permite enviar um sinal óptico à velocidade da luz; quando houver qualquer vibração, deformação ou mudança de temperatura do material que está sendo monitorado, essa informação será transportada no sinal de luz que é espalhado de volta. Quando anexado ou incorporado na estrutura da turbina eólica, isto proporciona-lhe um “sistema nervoso” que lhe permite “ouvir” e “sentir”. A fibra é capaz de monitorar sinais acústicos circundantes, como o canto das baleias, o que pode ajudar os cientistas a avaliar os impactos potenciais das operações FOSW sobre grandes mamíferos marinhos.

Temos testado a implantação desta tecnologia de detecção em componentes estruturais – como torres e turbinas – para monitorar as condições físicas e mecânicas experimentadas pela própria estrutura, como temperatura ou deformação. Nossa pesquisa até agora se concentrou em testar fibras ópticas na torre e na caixa de engrenagens, alguns dos componentes mais caros onde há benefício na identificação de danos antes que eles causem problemas.

P. Qual a importância da ciência dos materiais para a redução do custo dos sistemas eólicos offshore flutuantes?

Wu: Ao revelar o que está acontecendo dentro de um sistema FOSW em tempo real, o sensoriamento por fibra óptica nos dá o conhecimento necessário para desenvolver materiais mais resilientes e econômicos no nível do sistema. Projetar sistemas FOSW com custo mais baixo e para resistir a ambientes marinhos adversos requer ciência de materiais de ponta combinada com ciência da computação para produzir materiais melhores e simular efetivamente o desempenho dos materiais. Podem ser desenvolvidos materiais para conferir às estruturas capacidades de autocura; por exemplo, a entrada de água do mar em uma fissura no concreto desencadeia reações para selar a fissura sem intervenções.

Estamos fazendo parceria com especialistas em ciência de materiais e simulações desde a escala molecular até a estrutural para trazer inovações que têm grande potencial para futuros sistemas flutuantes em águas profundas devido ao seu grande potencial de economia de custos, produtibilidade local, melhor desempenho e sustentabilidade ambiental. As instalações do usuário do DOE no Berkeley Lab, como a Fundição Molecular, a Fonte de Luz Avançada e o Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética, desempenham papéis importantes na facilitação de inovações em nossa pesquisa.