Aprimorando Fazendas Eólicas Offshore e Turbinas de Maré ao Prever o Imprevisível

Os projetos de energia renovável offshore estão ganhando tração significativa em todo o mundo. Se analisarmos apenas a União Europeia, a implantação de energia eólica offshore está no cerne da realização do Pacto Verde Europeu, que visa garantir a competitividade da Europa e a segurança do abastecimento energético.

No geral, a Comissão Europeia já publicou uma estratégia da UE dedicada à energia renovável offshore, propondo medidas robustas para apoiar o desenvolvimento sustentável de longo prazo do setor. A estratégia estabelece metas ambiciosas de capacidade instalada de pelo menos 60 GW de energia eólica offshore e 1 GW de energia oceânica até 2030, e 300 GW e 40 GW, respectivamente, até 2050. A boa notícia é que os países da UE já superaram as metas propostas pela Comissão, tanto a curto quanto a longo prazo.

O mercado global de energia renovável offshore também está crescendo rapidamente. Segundo o Relatório de Mercado Eólico Offshore 2024 publicado pela National Renewable Energy Limited (NREL), as novas instalações eólicas offshore em 2023 aumentaram a capacidade global para mais de 68 GW, distribuídas em 319 projetos em operação que abrigam mais de 13.000 turbinas em funcionamento.

Com projetos adicionais em várias fases de planejamento e desenvolvimento, a capacidade de energia eólica offshore em pipeline totaliza mais de 453,6 GW, com 104,4 GW provenientes de estruturas flutuantes.

Tal crescimento nos regimes de energia renovável offshore requer forte apoio da comunidade global de P&D em todo o mundo — e esse apoio está disponível. No segmento a seguir, discutimos um desenvolvimento inovador: a implantação de robôs subaquáticos capazes de prever ondas em tempo real, de modo que o custo de produção de energia renovável offshore possa ser reduzido.

Nova Tecnologia Pode Tornar a Manutenção de Fazendas Eólicas Offshore e Turbinas de Maré Mais Barata, Rápida e Segura

A pesquisa foi realizada por três pesquisadores da Universidade de Edimburgo, Kyle L. Walker, Laura Beth Jordan e Francesco Giorgio-Serchi. Essa equipe desenvolveu uma arquitetura de controle completa de ponta a ponta para rejeição de perturbações durante tarefas de manutenção de posição sob perturbações de ondas, englobando um controlador preditivo não linear (NMPC) combinado com um preditor determinístico de ondas marítimas (DSWP). A solução deles visa facilitar o uso de veículos subaquáticos que operam em ambientes dominados por ondas, onde as perturbações influenciam significativamente a resposta do veículo e representam uma ameaça à segurança operacional.

Em termos simples, os pesquisadores criaram ferramentas — tanto computacionais quanto experimentais — que capacitam robôs autônomos a manter uma posição estável em meio a ondas irregulares e turbulentas. O tanque de testes FloWave da universidade serviu como local de experimento. Para os dados, eles usaram informações capturadas por uma boia no Mar do Norte para imitar os tipos de condições em que os robôs poderiam operar.

O sistema utiliza dispositivos ancorados ao fundo do mar para medir a direção e a altura das ondas que chegam e transmitir as informações em tempo real a um robô que trabalha nas proximidades, permitindo que a máquina não tripulada antecipe perturbações futuras complexas na água e as contraponha para manter uma posição estável.

Os Benefícios da Tecnologia

Fonte: The University of Edinburgh

Robôs não tripulados estáveis posicionados offshore realizariam a tarefa complexa de manutenção rotineira a um custo menor, reduzindo o custo total de geração de energia renovável, que normalmente não tem vantagem competitiva e costuma ser muito mais caro que os combustíveis fósseis. A implantação desses robôs e sua estabilidade também garantiriam operações simplificadas que não necessitam de navios, helicópteros ou equipamentos de içamento.

Pesquisadores destacam que sua nova solução é melhor que os sistemas de controle convencionais.

Para detalhar a natureza da atualização que esses sistemas de controle passaram, o Dr. Kyle Walker, um dos três pesquisadores, disse o seguinte:

“Ao formar uma previsão das futuras perturbações de ondas e integrá‑la ao sistema de controle, conseguimos expandir esse alcance com pouca ou nenhuma alteração no hardware do robô. Em termos de levar essa tecnologia ao campo, isso representa um grande benefício e torna nosso sistema aplicável à maioria dos veículos atualmente disponíveis no mercado.”

Além disso, os resultados dos testes mostraram que o sistema tem altos níveis de compatibilidade com robôs que operam em grandes profundidades próximas à superfície, onde as perturbações são sentidas de forma bastante intensa.

No futuro, os pesquisadores desejam dotar a solução de maior autonomia para que ela execute tarefas precisas, como detectar ferrugem ou reparar equipamentos elétricos, sem se tornar instável.

Ao falar sobre os benefícios que o avanço dessa tecnologia pode trazer, o Dr. Francesco Gorgio-Serchi disse:

“Avançar ainda mais essa tecnologia pode ajudar a promover uma mudança significativa na adoção de robôs não tripulados no mar e aumentar drasticamente o grau de automação no setor offshore.”

Embora esta pesquisa torne a produção de energia renovável offshore mais barata e eficiente, devemos lembrar que a pesquisa nessa área vem sendo desenvolvida há muito tempo. Em 2022, por exemplo, três pesquisadores, Y. Liu, M Hajj e Y. Bao, publicaram uma revisão da avaliação de danos baseada em robôs para turbinas eólicas offshore ou OWTs. A seguir, alguns dos aspectos cruciais dos achados da revisão.

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Implantação de Robôs para Avaliar Danos em Turbinas Eólicas Offshore

A pesquisa destacou o fato de que robôs podem executar a tarefa de avaliação automatizada de condições de turbinas eólicas offshore. Ela investigou as possibilidades de implantar UAVs, robôs escaladores e robôs subaquáticos para monitoramento, bem como o uso de fotografia, termografia e imagens de raio‑X para detectar anomalias.

As turbinas eólicas offshore enfrentam diversos fatores, incluindo ambientes hostis onde cargas dinâmicas e extremas afetam sua segurança e vida útil. Os custos de instalação e manutenção aumentam, provocando um aumento no custo da produção de energia renovável como um todo. Além disso, há risco de degradação dos materiais causada pelas águas salgadas do mar.

A pesquisa afirma que os recentes avanços na tecnologia robótica e em algoritmos inteligentes podem auxiliar na avaliação dos níveis de dano em OWTs. Enquanto um robô equipado com um dispositivo NDE pode ser operado remotamente ou automaticamente para inspecionar OWTs, os dados obtidos desses dispositivos NDE podem ser analisados usando algoritmos inteligentes para detecção, classificação, localização e quantificação de danos. Os UAVs, robôs escaladores e robôs subaquáticos podem ainda ajudar transportando dispositivos como câmeras ópticas e infravermelhas, bem como equipamentos de raio‑X.

A pesquisa inferiu que inspeções baseadas em robôs podem ser excelentes soluções para melhorar a segurança e oferecer um alto nível de robustez, mantendo o preço baixo.

Observando o valor que essas soluções oferecem à indústria de produção de energia renovável, várias empresas desenvolveram soluções comerciais nessa área. A seguir, alguns exemplos.

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1. Aerones

Aerones é uma das líderes globais entre as empresas que oferecem serviços de manutenção robótica de turbinas eólicas. A empresa afirma aproveitar sua tecnologia robótica patenteada para que suas equipes de serviço forneçam serviços mais rápidos, seguros e eficazes para operadores eólicos em todo o mundo.

O escopo de serviços oferecidos pela Aerones abrange todas as áreas de serviço cruciais do ciclo de vida de uma turbina, incluindo inspeção, limpeza, reparo e mais. Para inspeção, oferece proteção contra raios, inspeção interna e por drone, e serviços de limpeza de furos de drenagem. Na limpeza, a Aerones realiza limpeza de torre e de pás. Para serviços de reparo, a plataforma robótica altamente sofisticada da Aerones auxilia na preparação da superfície, aplicação de preenchimento, lixamento e proteção da borda de ataque, aplicando um revestimento protetor para salvaguardar a superfície da pá contra erosão por anos.

O conjunto único de serviços robóticos da Aerones não foi projetado para substituir humanos ou tirar empregos deles. Ele requer técnicos certificados para controlar as ferramentas a partir do conforto de um veículo aquecido. Devido à sua precisão e eficiência robóticas, os serviços da Aerones reduzem o tempo de inatividade em 4‑6 vezes e diminuem a permanência ociosa em 5‑10 vezes. Seu sistema proprietário oferece serviços robóticos de alta qualidade para técnicos de turbinas eólicas em inspeções, limpeza, manutenção e reparos, enquanto sua plataforma digital baseada em nuvem coleta conjuntos de dados exclusivos intersetoriais das inspeções, permitindo precificação eficiente de planos de manutenção preventiva mais inteligentes e orçamentos.

Em setembro de 2024, Aerones garantiu apoio de fundo de inovação destinado a projetos de infraestrutura altamente inovadores, prontos para o mercado, escaláveis e ambiciosos, voltados para a redução de emissões de CO2.

A Aerones recebeu €4,4 milhões do fundo de inovação da UE. O projeto, segundo eles, tem como objetivo realizar reparos em turbinas em até 18 horas, reduzindo significativamente o tempo de inatividade e contribuindo para metas climáticas globais. De acordo com relatórios, sua abordagem foi estimada para levar a uma redução de 67 % no tempo de reparo, evitando 161.349 toneladas de emissões de CO₂ ao longo de uma década e possibilitando a produção de 918.320 MWh adicionais de energia elétrica renovável.

Em janeiro de 2023, Aerones levantou US$30 milhões para ampliar seus serviços habilitados por robôs e impulsionar eficiências. A rodada de financiamento foi co‑liderada pelos novos investidores Lightrock e Haniel, com participação da Blume Equity e dos investidores existentes Change Ventures, Metaplanet e Mantas Mikuckas, entre outros.

A Aerones afirmou que o fundo seria usado para expandir as funções técnicas e de vendas, aumentar o número de equipes de serviço robótico e expandir para novos mercados de rápido crescimento. No momento da captação, a gama de soluções habilitadas por robôs da Aerones já atendia clientes que representavam 50 % da capacidade mundial de energia eólica.

2. Bladebug

Outra empresa inovadora que atende às necessidades da primeira indústria eólica offshore em crescimento, tornando-as previsíveis e eficientes, é a Bladebug. A empresa tem desenvolvido robôs avançados para auxiliar técnicos na inspeção e reparo de pás de turbinas, sem a necessidade de acesso por cordas. Existem muitas vantagens nas soluções robóticas da Bladebug. Elas reduzem as barreiras à adoção, minimizam o tempo de inatividade e evitam a duplicação de esforços.

Os robôs rastreadores da Bladebug podem ser operados fora da linha de visão. Com sua ajuda, os técnicos podem executar tarefas de manutenção remotamente, sem o custo associado e sem se exporem a condições adversas. É semi‑autônomo.

Em segundo lugar, por ser leve, a velocidade de implantação e a facilidade de uso são muito maiores do que a de muitos concorrentes. Por meio da solução robótica da Bladebug, as equipes de O&M podem tratar defeitos antes que seja viável usar uma equipe tradicional de acesso por cordas. Essa manutenção preventiva aumenta a eficiência da turbina e maximiza a energia de baixo carbono gerada.

Por fim, seu design modular garante que o corpo do robô possa aceitar diferentes equipamentos de teste não destrutivo e reparo, tornando-o flexível em ambientes offshore.

A Bladebug recebeu amplo apoio financeiro e mentoria de empresas como Innovate UK, Catapult Offshore Renewable Energy, Imperial Enterprise Lab e Launch Academy. É financiada por dois investidores: Britbots e The Offshore Wind Growth Partnership.

3. Reblade

Em maio de 2024, o Conselho Global de Energia Eólica relatou que um recorde de 117 gigawatts de nova capacidade foi instalada mundialmente em 2023. Devido ao desafio de instalar mais hardware e ao aumento dos planos de manutenção associados, a empresa dinamarquesa Reblade criou uma fábrica de reparo em miniatura entregue por drones.

As soluções robóticas de reparo de pás da empresa incluem plug‑and‑play para equipes de manutenção, permitindo que as equipes instruam e monitorem projetos a partir do solo. Os robôs da Reblade podem realizar reparos de erosão com um robô para cada atividade, desde limpeza e moagem até revestimento e pintura da borda de ataque das pás das turbinas. O sistema de reparo entregue por drones era personalizável, com cada módulo capaz de executar tarefas e produtos específicos às preferências e necessidades de cada cliente.

A empresa alegou que seus robôs eram extremamente rápidos e eficientes, com equipes de serviço concluindo reparos em duas turbinas completas em um único dia. Também afirmou que suas soluções podem suportar uma variedade de condições climáticas, com os robôs operando perfeitamente em locais remotos, reduzindo o tempo e os custos de serviço em até 80 %. A empresa tem três investidores, incluindo a Eureka Network e o Conselho Europeu de Inovação.

Soluções Robóticas para Melhorar Fazendas Eólicas Offshore e Turbinas de Maré: O Futuro

Nos próximos dias, melhorar a eficiência em fazendas eólicas offshore e turbinas de maré exigirá maiores esforços na automação dos processos de inspeção e manutenção. Esses aspectos, além de melhorar a qualidade do serviço, também reduzirão significativamente as preocupações de segurança ao diminuir a necessidade de mergulhadores humanos trabalharem em ambientes subaquáticos perigosos.

A transição dos esforços humanos para soluções robóticas envolverá veículos operados remotamente, embarcações de superfície não tripuladas e robôs submarinos autônomos mais sofisticados. Essas tecnologias operarão com sucesso em condições que são perigosas ou inacessíveis para humanos, funcionando em uma variedade de condições climáticas desafiadoras, em maiores profundidades e por períodos mais longos.

Pesquisadores que atuam nessa área identificaram várias áreas‑chave que requerem soluções mais refinadas. Por exemplo, robôs subaquáticos devem manter posicionamento preciso em mares turbulentos — um desafio que a pesquisa que iniciamos nossa discussão aborda como um avanço significativo.

Os pesquisadores também estão considerando o uso de gêmeos digitais. Como os robôs atuais são capazes de tecnologias avançadas de mapeamento e reconstrução 3D, eles podem criar modelos tridimensionais detalhados da infraestrutura submarina. Engenheiros podem então usar esses ‘gêmeos digitais’ para monitorar o acúmulo de vida marinha nas fundações das turbinas ou identificar possíveis problemas estruturais, tudo a partir da segurança de salas de controle em terra.

Outro avanço revolucionário nessa área é o uso coordenado de USVs e ROVs. Os USVs atuam como estações base móveis, implantando e coordenando com ROVs subaquáticos para realizar inspeções abrangentes da infraestrutura de fazendas eólicas. As equipes que conduzem essas operações se beneficiam de IA avançada e sistemas de controle, que permitem que essas unidades robóticas naveguem em ambientes subaquáticos complexos com precisão e eficiência notáveis.

De acordo com estimativas, o uso de sistemas de inspeção robótica poderia reduzir o consumo de combustível para missões de manutenção em até 97 % — de 7.000 litros por dia para apenas 200 litros.

Resumindo, os benefícios são muitos. Os benefícios climáticos advêm da redução significativa das emissões de carbono. As empresas se beneficiam a longo prazo, pois essas soluções reduzem o custo total de produção de energia renovável. E, finalmente, os funcionários, especialmente aqueles ligados à manutenção e inspeção, beneficiam‑se de padrões de segurança aprimorados e da possibilidade de uma condição de trabalho significativamente livre de riscos.

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