DESAFIO DO CLIENTE
Localizado em Blyth, Northumberland, em um trecho da costa do Mar do Norte, o National Renewable Energy Centre (agora, ORE Catapult) é um centro de excelência para a pesquisa e desenvolvimento de turbinas eólicas e de marés offshore. Em um mercado atualmente dominado por algumas grandes organizações globais, o ORE Catapult desempenha um papel fundamental para ajudar os novos participantes a avaliar e validar mais facilmente os projetos, estimulando uma maior concorrência e inovação em toda a indústria.
De acordo com Tony Quinn, diretor de operações do Narec, um obstáculo formidável para os novos participantes é o tempo e o custo associados ao teste de novos projetos de turbinas. "Tradicionalmente, a única maneira que os desenvolvedores podiam testar novas turbinas era colocá-las no mar", disse Quinn. "É claro, o equipamento não costuma estar pronto para ir para o mar, e é facilmente danificado. Isso significa que o desenvolvedor tem que recuperá-lo do fundo do mar, trazê-lo de volta à costa, repará-lo e redistribuí-lo - um processo extremamente caro e uma séria barreira à entrada no mercado"
Além de ser caro e demorado, este método não é repetível e muitas vezes produz dados utilizáveis limitados; não há garantia de que mesmo um teste offshore de 12 meses produza todas as condições necessárias para uma avaliação rigorosa da confiabilidade e durabilidade de uma turbina. "Esse processo é muito dependente das condições do vento ou da maré que o dispositivo experimenta naquele ano", disse Quinn. "Você está esperando que certos eventos de maré ou vento aconteçam a alguns quilômetros da costa, ou no fundo do mar. Não é uma maneira muito robusta - ou rápida - de validar um projeto."
SOLUÇÃO DA MTS
Para ajudar os desenvolvedores de turbinas eólicas e de marés a superar os custos e incerteza dos testes offshore, a Narec desenvolveu um complexo de laboratórios, incluindo duas instalações capazes de testar trens de tração para turbinas de até 3 megawatts (MW) e 15 MW, respectivamente. Equipadas com inovadores sistemas MTS Non-Torque Loading (NTL), estas instalações permitem aos desenvolvedores submeter trens de acionamento de turbinas eólicas e de maré a cargas complexas e reais e replicar com precisão uma ampla gama de condições offshore em ambientes laboratoriais controlados e repetíveis.
"Com os sistemas NTL da MTS, podemos replicar um evento de maré ou de vento que acontece uma vez a cada cem anos à vontade", disse Quinn. "Podemos recriar forças de vento ou marés em três eixos ortogonais, e podemos aplicar uma força ao longo de qualquer eixo ou um momento de flexão em torno de qualquer eixo em três dimensões simultaneamente. Podemos usar um histórico de tempo para submeter projetos de turbinas a eventos do mundo real de 10 anos em apenas seis meses"
Os sistemas NTL empregam a última palavra em hidráulica MTS e controles para introduzir forças e momentos muito grandes fora do eixo (ou não-torque) em um trem de acionamento de turbina rotativa com alto grau de controle e precisão. O sistema NTL instalado nas instalações de 3 MW da Narec é particularmente adequado para trens de acionamento de turbinas de maré, enquanto o sistema em construção nas instalações de 15 MW será ideal para testar trens de acionamento de turbinas eólicas offshore maiores.
De acordo com Quinn, as forças fora do eixo necessárias para testar efetivamente os trens de acionamento das turbinas são enormes. "Uma turbina eólica de 7 MW tem um diâmetro de aproximadamente 160 metros, com pás de 80 metros. Imagine o vento atingindo aquela lâmina cheia; ele coloca um enorme momento de viragem sobre o trem de tração. Para as turbinas marítimas, o efeito é semelhante, mas as forças relativas são ainda maiores porque estão debaixo d'água" Para atender estas necessidades, o sistema NTL que operará nas instalações de 15 MW da Narec será capaz de aplicar um momento de inversão de 56 meganewton-metros (MNm), enquanto que o sistema nas instalações de 3 MW pode aplicar uma força de até 15 MNm.
Para abrigar equipamentos tão poderosos, ambas as instalações do trem de tração apresentam fundações maciças, especialmente projetadas. Por exemplo, a instalação de 15 MW fica sobre uma base composta de 1.000 toneladas de aço estrutural e 100 estacas enterradas a 20 metros de profundidade. "Tivemos que enterrar as vigas tão profundamente por causa das tremendas forças que o equipamento MTS é capaz de aplicar", disse Quinn.
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
A capacidade de replicar eventos de maré e vento no mundo real em ambientes controlados permite aos clientes da Narec obter mais eficientemente uma visão crítica da confiabilidade e durabilidade dos projetos de novas turbinas, acelerando significativamente seus processos de desenvolvimento e validação. Isto tem um efeito de ondulação na competitividade da indústria de energia renovável offshore como um todo, bem como o custo unitário global da energia eólica e da energia maremotriz.
"Em última análise, o que estamos procurando fazer é reduzir o custo da energia offshore e torná-la mais competitiva com o gás natural e o carvão", disse Quinn. "Quanto mais rápido os desenvolvedores aprendem sobre seus produtos, mais rápido eles impulsionam a confiabilidade e as melhorias de custo, e mais rápido entregamos um custo de energia mais baixo. Quanto maior a confiabilidade, maior a confiança que damos aos investidores, o que é vital. E mais concorrência resulta em um mercado mais saudável."
Quinn credita a relação de alta colaboração entre os engenheiros da Narec e da MTS para o estabelecimento das capacidades de teste do trem de tração da Narec. "O projeto inteiro é um esforço fantástico entre nós e a MTS", afirma Quinn. "Estamos assumindo alguns desafios de engenharia que francamente não foram abordados por ninguém no mundo. Isso tem exigido, realmente, uma engenharia líder em todo o mundo."
