Como Fibra

Yuxin Wu (Cortesia de Yuxin Wu)

Em águas rasas, as turbinas eólicas offshore são fixadas no fundo do oceano. No entanto, em áreas de águas profundas, onde os ventos são normalmente mais fortes e têm a capacidade de colher mais que o dobro da energia, as turbinas eólicas offshore flutuantes devem ser ancoradas no fundo do mar, onde o oceano é muito profundo para estruturas fixas. A energia eólica offshore flutuante (FOSW) é uma das tecnologias de energia limpa mais promissoras, com um mercado potencial de quase US$ 16 bilhões – mas são necessárias soluções de ciência e tecnologia para ajudar a reduzir o custo de desenvolvimento, implantação e manutenção desses 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 podem ser instalados em estruturas FOSW que foram planejadas na costa da Califórnia. Isso permitiria que as estruturas automonitorassem as condições prejudiciais que poderiam levar a reparos caros e também ajudaria a avaliar como o FOSW afeta os mamíferos marinhos ao detectar sua atividade.

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, agora está trabalhando para desenvolver soluções para reduzir o custo de desenvolvimento e implantação de FOSW, minimizando possíveis 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 em qualquer lugar perto de 1000 metros de profundidade. Queremos alavancar a inovação científica co-projetando materiais estruturais que sejam mais capazes de resistir a ambientes marinhos hostis e eventos climáticos extremos. E queremos adicionar detecção de fibra óptica distribuída aos sistemas FOSW para permitir que os sistemas se automonitorem em tempo real quanto a possíveis problemas, um recurso que pode 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 na velocidade da luz; quando houver alguma vibração, tensão 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 embutido na estrutura da turbina eólica, isso lhe dá um "sistema nervoso" que lhe permite "ouvir" e "sentir". A fibra é capaz de monitorar sinais acústicos ao redor, como cantos de baleias, o que pode ajudar os cientistas a avaliar os impactos potenciais para grandes mamíferos marinhos das operações FOSW.

Temos testado a implantação dessa tecnologia de detecção em componentes estruturais – como torres e turbinas – para monitorar as condições físicas e mecânicas experimentadas pela própria estrutura, como temperatura ou tensão. Até agora, nossa pesquisa se concentrou em testar a fibra ótica na torre e na caixa de engrenagens, alguns dos componentes mais caros nos quais há o benefício de identificar danos antes que eles gerem problemas.

P. Qual a importância da ciência de materiais para reduzir o custo dos sistemas eólicos offshore flutuantes?

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

Estamos em parceria com especialistas em ciência de materiais e simulações da escala molecular à 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 de usuários do DOE no Berkeley Lab, como Molecular Foundry, Advanced Light Source e National Energy Research Scientific Computing Center, desempenham papéis importantes na facilitação de inovações em nossa pesquisa.