Maior, Mais ousado, Mais Pesado

Scylla dos Seajacks (Foto: Seajacks)

O mercado eólico offshore da Europa está crescendo mais rápido do que se esperava - não menos importante em termos de componentes sendo instalados. Isso poderia significar um desafio para a frota de instalação existente?

Embora a energia eólica marítima seja vista por muitos como um mercado em maturação na Europa, com os primeiros projetos offshore subsidiados sendo planejados, não é sem desafios.

Na Europa, há mais de 18 gigawatts (GW) de capacidade instalada de energia eólica offshore. No ano passado, o 2,4GW foi adicionado e é esperado que seja o quanto será adicionado por ano nos próximos 10 anos, segundo a consultoria e analistas Wood Mackenzie.

O Reino Unido, a Alemanha e a Holanda são os maiores mercados, com a França agora também entrando, com planos de começar a alimentar a rede elétrica em 2020/2021, e a Bélgica e a Polônia eying seu potencial.

Um foco enorme tem reduzido os custos, o que aconteceu - mais rápido do que o esperado, especialmente nos últimos 2-3 anos. De fato, as primeiras ofertas de subsídio zero foram feitas para parques eólicos offshore em 2017, quando a EnBW da Alemanha e a Ørsted da Dinamarca fizeram ofertas para projetos alemães.

"Uma grande parte [da redução de custos] é atribuída a um ciclo de projeto mais rápido na evolução das turbinas", diz Shashi Barla, analista sênior da Wood Mackenzie, com os fabricantes de turbinas revelando sistemas novos e maiores mais rapidamente. “Turbinas de 12 a 14 megawatts (MW) podem estar disponíveis no período de tempo desses projetos. Isso poderia ser rentável e fornecer energia a zero subsídio. ”Mas, um ciclo de projeto mais rápido significa que a indústria mais ampla tem que enfrentar um ciclo de fornecimento mais curto, diz ele.

Não é há muito tempo - 2011/2012 - que os proprietários de navios estavam construindo ativos para uma indústria que constrói turbinas de 6 MW. Este ano, turbinas de 9,5MW com rotores de 164 metros de diâmetro serão instaladas no parque eólico offshore de Northwester 2, na Bélgica. A Siemens Gamesa também estará prototipando sua turbina 10MW SG 10.0-193 DD, com um rotor de 193 metros de diâmetro, no centro de testes nacional dinamarquês para grandes turbinas eólicas em Oesterild, Dinamarca. A empresa espera que a turbina seja comercial até 2022. Enquanto isso, a GE está trabalhando no Haliade-X, um dispositivo de 12 MW. "Pode não demorar para ir até que um 14 MW esteja sendo desenvolvido", diz Barla.

Impressão artística da turbina eólica offshore Siemens Gamesa 10MW (Imagem: Siemens Gamesa)

Enquanto isso, de acordo com a Câmara de Navegação do Reino Unido, em 2017, as turbinas offshore foram instaladas a uma profundidade média de 27,5 metros e a 41 quilômetros da costa em média. No ano passado, os números estavam mais se movendo para 100 a 150 quilômetros da costa, onde as turbinas de fundo fixo estavam sendo instaladas em 40 a 50 metros de profundidade.

Isso coloca pressão nos contratantes da instalação, e há dúvidas sobre se há capacidade no mercado. “Se as empresas não estão fazendo investimentos hoje nessas embarcações e outro equilíbrio de equipamentos da fábrica, pode haver um gargalo no manuseio dessas grandes turbinas e pás”, diz Barla. “Estamos falando de lâminas e componentes pesados de mais de 100 metros de comprimento. Alguns componentes da nacela você está falando de 800 toneladas métricas. Você realmente precisa de máquinas grandes, guindastes maiores para lidar com isso. ”

Arnstein Eknes, diretor de segmento para embarcações de serviço offshore na sociedade de classificação DNV GL, diz que há duas dimensões principais na instalação de turbinas maiores; lâminas mais longas e naceles mais pesadas. “Hoje, estamos falando de lâminas de 100 a 105 metros de comprimento. As naceles são o componente mais pesado e precisam ser erguidas de 130 a 140 metros para cima, para que a distância do guincho seja um problema. Vemos que as embarcações de instalação de parques eólicos foram construídas inicialmente, são muito pequenas hoje sem a necessidade de novos guindastes. Mesmo aqueles construídos há 6 a 7 anos são muito pequenos e estão adaptando os guindastes maiores, o que não é uma tarefa fácil. Os guindastes talvez tenham sido projetados para 300 a 400 toneladas métricas e agora precisam ser de 700, 800, 900, talvez até 1.000 toneladas métricas. É sobre peso e altitude. ”

Mas essas não são as únicas questões, diz ele. Essas embarcações, na maioria das vezes, precisam ser montadas para realizar operações de instalação. “Subseqüentemente, precisamos recalcular a força e todo o sistema de içamento do macaco para levantar esses componentes. Portanto, não é fácil reformar um guindaste, e é realmente uma dor de cabeça para os proprietários de embarcações de instalação de turbinas eólicas (WTIV) saber como se preparar para o que o cliente final fará ”, isto é, como as grandes turbinas irão.

De fato, alguns desenvolvedores já estão buscando o consentimento para o uso de turbinas de 20MW em desenvolvimentos no Mar do Norte, que podem ter diâmetros de rotor de 280 metros. “Isso está dobrando o peso e a capacidade da maior turbina eólica existente”, diz Eknes.

Embora isso possa exercer mais pressão sobre o mercado de WTIV, também pode resultar em menos turbinas sendo construídas; com turbinas de 20 MW em vez de 10 MW, metade do número de turbinas precisaria ser instalado para criar o mesmo tamanho de fazenda. Mas isso também pode significar maior complexidade, diz Eknes, o que pode significar que há um limite prático para o tamanho das turbinas que vem antes do limite técnico. Essa postura é uma decisão de investimento muito difícil para os operadores do WTIV.

Alguns estão investindo
Apenas quatro anos depois de entrar no mercado de instalação eólica offshore, a firma belga Jan de Nul está fazendo um respingo com a Voltaire por encomenda da COSCO Shipping Heavy Industry na China. A nova construção, prevista para ser entregue em 2022, terá uma capacidade de içamento de 3.000 toneladas métricas, usando um guindaste hidráulico de perna Huisman e capacidade de elevação de até 270 metros em até 80 metros de profundidade de água. "O Voltaire será capaz de instalar em alturas de cubo incomparáveis até 165 metros com a lança padrão", diz o gerente de offshore renováveis em Jan de Nul, Peter De Pooter. "Isso permitirá a instalação das turbinas da próxima geração, com pontas de lâmina que podem chegar a até 270 metros acima do nível do mar."

O Voltaire vem em cima dos navios de instalação off-shore do Jan de Nul, o Vole au Vent, adquirido há apenas quatro anos, e o Taillevent, que é capaz de instalar turbinas de até 10 MW, diz a empresa. "Eles podem elevar todos os componentes até a altura máxima real do cubo de 120 metros", diz Jan de Nul.

“A próxima geração de turbinas 10MW + se tornará um desafio para todas as embarcações de instalação atualmente disponíveis no mercado”, De Pooter. “As fundações serão mais pesadas; as lâminas serão mais longas. O tamanho, peso e altura limitarão a quantidade de turbinas que podem ser transportadas por ciclo [a bordo da frota de instalação atual] para um ou no máximo dois. Um navio com as características técnicas apropriadas é a resposta para este desafio. ”

De Pooter vê um mercado mais amplo para essa embarcação. "O vento marítimo fora da Europa e da China está começando a se desenvolver", diz ele. “Taiwan está trabalhando em seus primeiros parques eólicos e o Grupo Jan De Nul é um dos principais empreiteiros dos dois primeiros contratos de engenharia, aquisição e construção (EPC): o parque eólico de 120MW Formosa 1 em 2019 e o parque eólico de 110MW Changhua. em 2020. Ambos os parques eólicos estão atualmente em construção. ”

Voltaire (fonte: Jan De Nul)

A Seajacks, sediada no Reino Unido, opera no ramo de energia eólica offshore desde 2006. Desde então, constrói os Kraken, Leviathan, Hydra, Zaratan e, mais recentemente, os cilindros Scylla. A Seajacks espera ver as turbinas da próxima geração, por exemplo. 12MW e, em número de 2023-25 e está em discussão com os desenvolvedores sobre a instalação de 12 ou 15MW unidades com Scylla, que entrou em serviço em 2016 e tem um guindaste de 1.500 toneladas métricas de torno-perna e pode trabalhar em até 65 metros profundidade da água.

“Acreditamos que ainda há um bom número de embarcações no mercado que podem instalar os maiores giros de vento, [dependendo das características do local], quando chegam ao mercado. No entanto, para instalar turbinas de 10-15MW, muitas das unidades atuais precisarão ser atualizadas e modificadas para se manterem relevantes ”, diz Max Paterson, gerente comercial da Seajacks. “As principais questões para as embarcações menores mais antigas no mercado serão as alturas dos ganchos para naceles e a carga variável do convés, para transportar componentes mais pesados e maiores e espaço no convés. Isso significa novos guindastes e extensões de pernas, etc., e é provável que essas atualizações necessárias tenham um efeito negativo na rapidez com que esses navios podem se instalar. ”

Tendo dito isso, Paterson também acha que a demanda e a oferta devem ser bem equilibradas. "O mercado pode ficar apertado em alguns anos, nos meses de pico de instalação durante o verão, se vários projetos forem planejados ao mesmo tempo", diz ele. Por outro lado, garantir a utilização da embarcação também é fundamental para os proprietários, motivo pelo qual Paterson espera que os navios da WTIV precisem trabalhar em todo o mundo em vários novos mercados, como Ásia e EUA.

“Turbinas maiores, por exemplo, 10-15MW, significarão que um número menor de turbinas será necessário para atingir a capacidade de geração de um parque eólico, provavelmente resultando em menos dias de utilização para os proprietários de navios”, diz Paterson. “Já é um desafio manter as embarcações ocupadas durante todo o ano.”

“Nós já temos uma cadeia de suprimentos extremamente competitiva na WTIV”, acrescenta ele, “com um grande número de equipamentos econômicos no mercado. Será que faz sentido mover os pesos e as dimensões das turbinas para um nível em que apenas dois ou três vasos sejam adequados? Só o tempo dirá, mas com o foco feroz na redução de custos, particularmente na instalação, tenho certeza que os desenvolvedores e os fabricantes de turbinas estarão atentos à dinâmica de oferta e demanda no mercado de WTIV. ”

Petter Faye Søyland, Chefe de Engenharia, na empresa dinamarquesa Fred. Olsen Windcarrier concorda que, para mudar para turbinas de 10 MW +, muitos dos navios mais antigos da frota precisarão ser modificados para atender às exigências de altura e capacidade de elevação. “A maior parte da frota de jack-ups na indústria eólica é capaz de instalações de 8MW, com algumas exceções”, diz ele.

Fred. A frota de Olsen Windcarrier é atualmente adequada para instalar uma seleção de 10MW, diz ele. “O Bravo Tern e o Bold Tern [jack-ups] foram completamente atualizados. Ambas foram submetidas a extensões de pernas de 14 metros para gerenciar locais no mar com águas mais profundas e tempestades de sobrevivência mais altas, como a bacia do Mar do Norte. Além disso, as lanças dos guindastes foram aprimoradas com um inserto de lança de 20 metros, permitindo a instalação de turbinas com maior altura do cubo. Ambos Bravo Tern e Bold Tern substituíram o guindaste do convés para permitir o levantamento de ferramentas e equipamentos para a peça de transição, para instalações mais rápidas e eficientes. Além disso, as embarcações foram submetidas a modificações e reforços no convés, além de modificações no arranjo dos tanques para melhorar a estabilidade do dano probabilístico; ambos para permitir o transporte de componentes de turbinas mais altas e mais pesadas ”.

Garaja-brava e andorinha-do-mar valente no porto de Esbjerg (Foto: Fred. Olsen Windcarrier)

Potencial para interrupção?
Outros estão procurando por metodologias alternativas de engenharia para facilitar a instalação offshore. Em setembro passado, o navio de carga pesada Aegir da Heerema Marine Contractors, lançado como uma espécie de "canivete suíço" para a indústria petrolífera durante o seu boom em 2013, instalou um novo conceito de turbina eólica, chamado Delft Offshore Wind Turbine Concept (DOT) , em apenas uma hora, usando o conceito de conexão de junta deslizante na indústria.

A turbina eólica DOT já havia sido instalada em um monopólio conectado pela junta deslizante e foi pego em um único elevador pelo Aegir do cais de Sif Rotterdam e levada para o local da instalação, o Eneco Princess Amalia Wind Park. Lá, foi instalado pelo Aegir como uma embarcação flutuante usando posicionamento dinâmico.

A ligação slip joint foi concebida no âmbito do projeto Slip Joint Offshore Research (SJOR), lançado por uma colaboração entre os parceiros de pesquisa TU Delft, TNO, Van Oord e Sif, e partes interessadas no projeto Eneco e Heerema Marine Contractors em 2016. O conceito baseia-se no atrito, onde o peso garante uma conexão firme e estável. Isto significa que a instalação é feita simplesmente deslizando a turbina eólica sobre o monopile sem o uso de argamassa ou parafusos, reduzindo custos, materiais, equipamentos, pessoal e cronograma, diz Heerema Marine Contractors.

Enquanto isso, a empresa espanhola Esteyco lidera o consórcio ELICAN que projetou e instalou um conceito de torre telescópica auto-instalável Elisa de 5MW que reduziria a necessidade de embarcações de instalação.

O sistema protótipo foi instalado em profundidade de 30 metros em agosto do ano passado - usando o WiFi - em Gran Canaria, na Espanha, e começou a produzir energia em março. É composto por uma estrutura autónoma baseada na gravidade (GBS) e uma torre telescópica autoelevatória, ambas de betão, com uma turbina Siemens Gamesa de 5 MW no topo. A estrutura pode ser totalmente montada em terra, incluindo a turbina, e depois rebocada para o local da instalação onde, depois de lastrear o GBS ao leito do mar, os macacos convencionais reforçados que são reutilizados para elevar um nível de torre após o outro, levantando duas seções pesando um total de 960 toneladas em suas posições finais. Os macacos recuperáveis que elevam cada nível são suportados pelo que está abaixo, o qual também guia o tubo içado à medida que sobe, em um procedimento de autoinstalação no qual a torre em si é a única estrutura de apoio necessária. Todos os trabalhos são realizados a partir de uma única plataforma de acesso, que é removida assim que a turbina é instalada.

O consórcio - que inclui a Esteyco, a Siemens Gamesa, a Ale Heavylift, a Dewi GmbH e a PLOCAN (Plataforma Oceânica das Ilhas Canárias) - afirma que este método poderia reduzir os custos de instalação em mais de 35% quando comparado a jaquetas ou monopiles XXL em águas mais profundas (35 metros mais). Os parceiros do projeto também dizem que o projeto é escalável e seria “um meio prontamente disponível” para instalar novas turbinas de 12MW.

Conceito ELICAN de Esteyo (Foto: ALE)

Quarto para melhoria
O primeiro projeto eólico offshore foi construído em 1991, em Vindby, na Dinamarca (e agora está descomissionado), e agora há mais de 18 GW de capacidade eólica offshore. “Mas, para colocar isso em perspectiva, a capacidade eólica global em terra é de cerca de 600 GW”, diz Barla. “Então, do ponto de vista do volume, o offshore ainda tem o maior espaço para melhorias.” Isso pode ser em política, processo, tecnologia e depois na cadeia de suprimentos, diz ele.

Em termos de tecnologia, há um movimento em direção ao uso de fibra de carbono nas lâminas. "Historicamente, os fabricantes têm relutado em fazer investimentos na compra de fibra de carbono porque é caro e, com muito poucos fornecedores, o controle da cadeia de fornecimento pode ser desafiador", diz Barla. “Se você olhar para os maiores players, a Siemens Gamesa, todas as suas turbinas offshore são de fibra de vidro. Agora, eles anunciaram o DD167 de 8MW, um protótipo do qual foi instalado há alguns meses, e o DD193 de 10MW, ambos incorporando fibra de carbono. Houve uma mudança de paradigma nos maiores players do setor ”.

“Em termos de processos, ainda não estamos lá”, acrescenta ele. “Você fala sobre a indústria automotiva, com linhas de montagem e eficiência, eles estão muito à frente, mas eles são uma indústria de 120 anos de idade. O offshore começou há muitos anos, mas os projetos comerciais reais só começaram nos últimos sete anos. Ainda há uma enorme curva de aprendizado, a Europa e globalmente ”.

Mas, embora haja espaço para melhorias, as lições já aprendidas na Europa podem ser reproduzidas agora em mercados mais novos - como nos EUA e na Ásia - para ajudá-los a crescer mais rapidamente.