Modelagem de cabos submarinos para energia eólica offshore na Hellenic Cables

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"Laws, Whitehouse recebeu sinal de cinco minutos. Sinais da bobina muito fracos para retransmitir. Tente dirigir devagar e regular. Coloquei a polia intermediária. Responda pelas bobinas."

Soa familiar? A mensagem acima foi enviada através do primeiro cabo telegráfico transatlântico entre a Terra Nova e a Irlanda, em 1858. ("Whitehouse" refere-se ao eletricista-chefe da Atlantic Telegraph Company na época, Wildman Whitehouse.) Avanço rápido para 2014: o fundo of the ocean abriga cerca de 300 cabos de comunicação, conectando países e fornecendo comunicações pela internet em todo o mundo. Avanço rápido novamente: a partir de 2021, há cerca de 1,3 milhão de km de cabos submarinos (Figura 1) em serviço, variando de um cabo curto de 131 km entre a Irlanda e o Reino Unido até o cabo de 20.000 km que conecta a Ásia com a América do Norte e o Sul América. Sabemos como é o mundo dos cabos submarinos hoje, mas e o futuro?

Figura 1. Cabos submarinos mantêm o mundo conectado.

A indústria eólica offshore (OFW) é uma das fontes de energia que avançam mais rapidamente em todo o mundo. Faz sentido: o vento é mais forte e consistente em mar aberto do que em terra. Alguns parques eólicos são capazes de abastecer 500.000 residências ou mais. Atualmente, a Europa lidera o mercado, respondendo por quase 80% da capacidade OFW. No entanto, espera-se que a demanda mundial por energia aumente 20% em 10 anos, com a grande maioria dessa demanda suprida por fontes de energia sustentáveis, como a energia eólica.

Os parques eólicos offshore (Figura 2) são constituídos por redes de turbinas. Essas redes incluem cabos que conectam parques eólicos à costa e fornecem eletricidade para nossa infraestrutura de rede elétrica (Figura 3). Muitas fazendas OFW são compostas de estruturas aterradas, como monopilares e outros tipos de turbinas eólicas fixas no fundo. As fundações dessas estruturas são caras de construir e difíceis de instalar em ambientes de alto mar, pois os cabos devem ser enterrados no fundo do mar. A instalação e a manutenção são mais fáceis de realizar em águas rasas.

Turbinas eólicas para parques eólicos offshore estão começando a ser construídas no oceano. Isso cria uma nova necessidade de cabos submarinos bem projetados que possam alcançar distâncias maiores, sobreviver em águas mais profundas e conectar melhor nosso mundo com energia sustentável.

O futuro da energia eólica offshore está nos parques eólicos que flutuam sobre lastros e ancoradouros, com os cabos colocados diretamente no fundo do mar. Os parques eólicos flutuantes são uma ótima solução quando os parques eólicos situados ao largo da costa ficam lotados. Eles também podem aproveitar os ventos maiores e mais fortes que ocorrem mais longe no mar. Espera-se que os parques eólicos flutuantes se tornem mais populares na próxima década. Esta é uma opção especialmente atraente para áreas como a Costa do Pacífico dos Estados Unidos e o Mediterrâneo, onde as costas são mais profundas, ao contrário das águas rasas da Costa Atlântica dos Estados Unidos, Reino Unido e Noruega. Um requisito importante das fazendas flutuantes de OFW é a instalação de cabos submarinos dinâmicos e de alta capacidade que sejam capazes de aproveitar e entregar efetivamente a eletricidade gerada em nossas costas.

Figura 2. Espera-se que os parques eólicos offshore ajudem a atender às crescentes demandas por energia sustentável.

Imagem de Ein Dahmer — Trabalho próprio. Licenciado sob CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Já experimentou uma internet mais lenta do que o normal? A falha de um cabo submarino pode ser a culpada. Falhas de cabos desse tipo são uma ocorrência comum - e cara -, seja por danos causados ​​por estresse mecânico e tensão causada por leito rochoso, arrastões de pesca, âncoras e problemas com o próprio projeto do cabo. À medida que a indústria eólica offshore continua a crescer, nossa necessidade de desenvolver cabos de energia que possam conectar com segurança e eficiência essas fazendas à nossa rede elétrica também cresce.

Antes de consertar ou instalar um cabo submarino, que pode custar bilhões de dólares, os projetistas de cabos devem garantir que os projetos tenham o desempenho esperado em condições submarinas. Hoje, isso normalmente é feito com a ajuda de modelagem eletromagnética computacional. Para validar os resultados da simulação de cabo, padrões internacionais são usados, mas esses padrões não foram capazes de acompanhar os avanços recentes no poder computacional e as crescentes capacidades do software de simulação. A Hellenic Cables, incluindo sua subsidiária FULGOR, usa o método de elementos finitos (FEM) para analisar seus projetos de cabos e compará-los com medições experimentais, muitas vezes obtendo resultados melhores do que os padrões internacionais podem oferecer.