O desenvolvimento de uma campanha experimental pressupõe a seleção adequada do equipamento a instalar, a determinação cuidada da localização dos equipamentos e a definição da sua duração, tudo isto dentro da margem financeira do projeto, numa perspetiva de otimização do binómio “fiabilidade dos resultados versus redução dos custos”. Esta seleção é especialmente relevante em campanhas experimentais de caracterização do recurso eólico offshore, em virtude da reduzida maturidade dos Sistemas Lidar Flutuantes (FLS) e da agressividade do meio marinho no que respeita à operacionalidade e sobrevivência do equipamento de medida.

Uma iniciativa recente, o OWA – Offshore Wind Accelerator – Carbon Trust, preparou e publicou recomendações para acelerar a progressão para mercado destes equipamentos, bem como aumentar a sua fiabilidade. O OWA classifica os FLS em três níveis de maturidade: Grau 1- Baseline; Grau 2 – Pré-comercial; e Grau 3 – Comercial; estando estes graus hierarquizados mediante os testes experimentais e os indicadores de fiabilidade obtidos em campanhas já realizadas por equipamentos, e setups iguais ou tecnicamente equiparáveis.

Uma vez que, para equipamentos com um estado de maturidade inferior a  “grau 2” (ou pré-comercial) é necessário efetuar uma campanha de testes de validação da tecnologia – o que as alongará entre 3 a 6 meses, não aumentando, necessariamente, a fiabilidade de obtenção dos dados – nas campanhas em causa, e face aos prazos e metas assumidas procurou evitou-se tal situação, desde que existisse disponibilidade no mercado, optando,  prioritariamente, por soluções com grau de maturidade “3”  – i.e. comercial –  nas quais “…um conjunto significativo de provas operacionais e verificações foi acumulado numa série de condições ambientais, levando a uma boa compreensão de quaisquer sensibilidades ao desempenho ambiental, aumentando assim a certeza no desempenho do FLS. (…) o sistema LiDAR flutuante (grau 3) tem demonstrado consistentemente um desempenho de confiabilidade significativamente mais exigente e [mais elevada] disponibilidade de dados”.

Em termos gerais, os FLS recorrem aos chamados sensores LiDAR – Light Detection And Ranging. Estes, são transdutores de deteção remota que emitem um feixe de luz (laser) para a atmosfera. A velocidade e direção do vento são calculadas com base no desvio Doppler da luz refletida pelas partículas em suspensão nas massas de ar – usualmente, um cone – abrangidas pelo laser, normalmente designadas aerossóis.

A tecnologia LiDAR, embora relativamente recente – as primeiras utilizações para avaliação do recurso eólico offshore ocorreram entre 2000 e 2005- foi objecto de investigação e profundos melhoramentos de precisão e fiabilidade entre 2006 e 2012, sobretudo no que respeita à sua acentuada dependência de condições da atmosfera.  Em 2012 é constituída uma Task  (projeto de I&D) no seio da IEA Wind TCP que, na tradição desta instituição de publicação de “Recommended Practices” , conduziu à edição das orientações mais usadas no sector eólico offshore. Atualmente, e face à relação custo/benefício que apresentam, estes são os equipamentos mais utilizados em campanhas de caracterização do potencial eólico offshore, quer para sistemas fixos, quer para flutuantes, o que é inteiramente justificado pelo elevadíssimo custo de mastros meteorológicos no mar (entre 10 e 20 milhões de Euro, com custos de O&M anuais na ordem de 10% do investimento). Adicionalmente, esta tecnologia permite caracterizar o recurso eólico em várias alturas, desde o nível da água do mar até às altitudes máximas atingidas pelas pás das turbinas de maiores dimensões.

A utilização destes sensores remotos reveste-se, contudo, do maior cuidado pois, embora permita obter dados de velocidade horizontal e direção do vento (ou mesmo, de componentes 3D) a alturas superiores às permitidas pelos mastros e equipamentos tradicionais  – mastros anemométricos ou meteorológicos – contribuindo, assim, para a redução acentuada de custos das campanhas experimentais, os dados que fornecem não apresentam a mesma consistência (em termos de fiabilidade e disponibilidade) que os dados obtidos com as soluções tecnológicas convencionais, i.e. a anemometria de copos o que se pode refletir, mais tarde, em penalizações na avaliação dos riscos associados aos projetos, nas fases de financiamento e due dilligence dos projetos eólicos offshore, em situações em que as campanhas experimentais com FLS não são acompanhadas por sistemas de correlação (MCP – measure-corrcet-predict) da informação registada por estes equipamentos, com dados obtidos em estações meteorológicas costeiras (idealmente, de longo termo) equipadas com sistemas tradicionais de anemometria de copos.

Pesem embora os cuidados recomendados no planeamento de campanhas de avaliação do recurso eólico offshore, pode afirmar-se que, a medição do vento no mar, especialmente quando se pretendem desenvolver centrais eólicas de tecnologia flutuante, constitui o melhor exemplo de utilização de tecnologia LiDAR, num meio em que o seu uso é de uma mais-valia incontestável.  A realização de campanhas experimentais de medição com este tipo de tecnologia, quando bem planeadas e devidamente implementadas, i.e. envolvendo um conjunto diversificado de técnicas de medição, e uma cuidadosa seleção da localização das estações de medida, contribui para a redução da incerteza associada à futura estimativa energética de uma turbina ou central eólica e, desse modo, do risco associado aos investimentos.

No caso presente, são usados sensores LiDAR instalados em bóias/barcaças flutuantes onde existirão, igualmente, outros equipamentos que permitem caracterizar, não só o recurso energético do vento, mas também outros parâmetros atmosféricos (e.g. temperatura do ar, humidade, pressão) e e oceânicos, tais como, a ondulação, correntes marítimas, temperatura e/ou outros considerados de relevância para este tipo de projetos.

Seguindo as boas práticas do sector, e independentemente do nível de maturidade ou aceitação da tecnologia LiDAR, a duração da campanha de monitorização de dados e as taxas de disponibilidade alcançadas são sempre parâmetros fundamentais no sucesso de campanhas experimentais. As campanhas com sensores remotos, como os sistemas LiDAR devem abranger um período semelhante ao realizado com estações meteorológicas (ou anemométricas) convencionais e ambas devem também ter em conta a disponibilidade de dados de referência adequados a longo prazo, para utilização em análises do tipo MCP – “Measure-Correlate-Predict” i.e., pelo menos 12 meses mas, e se possível, extensíveis a períodos de 24 meses, o que se previu potenciar neste projeto, com a instalação de Lidares verticais costeiros e mastros anemométricos.

Robustez das campanhas  

Em especial, deve ter-se cuidado com as circunstâncias, caso existam, em que condições operacionais ou oceânicas específicas possam reduzir a disponibilidade e/ou a fiabilidade dos dados e, por conseguinte, resultar em erros ou incertezas sistemáticos. É também importante implantar sistemas fontes de alimentação (e armazenamento) suficientes e um programa de O&M apropriado, de modo que se possa esperar que as taxas de cobertura de dados sejam elevadas e assegurem todos os níveis de medida desejáveis. É ainda muito importante que o equipamento e as fontes de alimentação sejam tais, que o FLS possa operar por longos períodos sem interrupção em ambientes hostis, como representam os locais de instalação de centrais eólicas offshore, assegurando a total autonomia do sistema.

Na tabela apresentam-se as especificações mínimas gerais do Sistema LiDAR Flutuante instalado em bóia/barcaça flutuante.

Finalmente, e dado o custo substancial da instalação de plataformas offshore, deve ser sempre considerada, segundos as recomendações do OWA “a forma como a redundância de dados poderá ser alcançada através da instalação de anemometria convencional, de um segundo dispositivo remoto ou de qualquer outro cenário que possa ser adequado tendo em conta as condições específicas do local prevalecente no local do projeto offshore em questão”.

Corrosão e durabilidade

Devido às condições que habitualmente se verificam no meio marinho, os equipamentos instalados devem cumprir um conjunto de especificações de acordo com normas Nacionais e Internacionais, por forma a garantir a sua maior durabilidade e robustez. Supõe-se que o lidar flutuante irá operar na zona normativa de “Splash”:

Splash zone: A parte da construção que está alternadamente acima e abaixo da linha de água devido à maré e ondulação é denominada de “splash zone”. Aqui as tensões de corrosão são ainda maiores – taxas de corrosão de 200-500 μm. Outros fatores nesta área que necessitam de ser tidos em conta, são a radiação UV do sol, a erosão provocada pela água, possíveis detritos e, em alguns casos, a formação de gelo.

Neste sentido, os materiais/sistemas de revestimento dos equipamentos a instalar devem estar de acordo com o especificado nas seguintes normas:

• NORSOK M501
• ISO 20340 de 2009
• ISO 12944-5 de 2018

Aspetos a considerar na seleção e avaliação dos equipamentos

O tipo de dispositivo LiDAR utilizado no FLS foi sujeito a vários ensaios de teste em terra, e os resultados bem documentados antes da sua instalação. Estes ensaios em terra devem ser realizados de acordo com as orientações da norma IEC 61400-12-1 e as práticas recomendadas pela AIE para operações terrestres. É ainda necessário que, nos casos em que a alimentação do LiDAR seja baseada em sistemas de energias renováveis, seja garantido um sistema de armazenamento, que permita a operação na ausência de recurso energético correspondente aos sistemas instalados. O sistema deve conseguir manter-se em operação sem necessidade de manutenção do(s) sistema(s) de fornecimento de energia durante, pelo menos, 6 meses consecutivos.

O sistema de armazenamento de dados deve garantir a capacidade necessária de retenção de dados, prevendo inacessibilidades de transmissão e o sistema de comunicação deve garantir redundância de vias de comunicação – e.g. satélite e comunicações móveis 3G, sempre que possível.

A plataforma flutuante onde o LiDAR e o restante equipamento venha a ser instalado deve obedecer, igualmente, às recomendações de boas práticas no setor eólico anteriormente mencionadas, bem como, sempre que disponíveis, às normas internacionais IEC aplicáveis ao sector. No caso dos sistemas de amarração, estes devem estar em conformidade com a norma internacional IEC 62600-10, e as recomendações DNV-OSS-312, DNV-OS-E301 e DNV-OS-E303.

As campanhas em curso no âmbito do projeto EOLOS.Mar, os sistemas FLS selecionados cumprem os termos gerais de referência e as especificações acima apontadas.

As campanhas experimentais com recurso a lidares flutuantes serão complementadas com a operação de dois LiDARs de feixe vertical fixos a instalar em locais na costa e, se possível, também na ilha Berlenga.

A localização e configuração destes equipamentos segue as boas práticas do setor eólico, e preconizadas nas normas internacionais IEC61400-12-1 e, de calibração de local, quer no que respeita aos requisitos exigidos, quer no que respeita às regras de localização das unidades de medida (com excepção das separações máximas entre estações).

As características destes equipamentos apresentam-se na tabela.

Tal como recomendado pela IEA Wind, propõe-se o recurso a mastros anemométricos de referência, a instalar nas regiões costeiras, e que deverão, de forma global, seguir as indicações da norma internacional IEC61400-12-1, de “calibração de local”, em especial no que respeita ao tipo de equipamento de medição e registo a instalar, número de sensores, alturas de medição e simultaneidade de monitorização com os FLS em operação na região.

Neste sentido, cada torre anemométrica deverá estar munida dos equipamentos constantes da tabela e ter uma configuração equivalente à apresentada na figura.

Note-se que a configuração das estações de medição é indicativa, e pode sofrer ajustes de acordo com o local selecionado para a sua instalação.