Maxime Toulotte, Responsável do departamento de marketing técnico do grupo de atividades Subsea and Land Systems (Sistemas Submarinos e Terrestres) (SLS), e Frédéric Lesur Engenheiro Sénior de sistemas de cabos de alta tensão e redes elétricas, explicam o papel essencial que vai ser desempenhado pelas tecnologias de cabos inovadoras na transição energética para o carbono neutro.
A UE estabeleceu o objetivo ambicioso de fazer da Europa o primeiro continente climaticamente neutro até 2050. O que passa por alterações importantes na diversificação energética e apresenta grandes desafios tecnológicos para as redes elétricas. Para enfrentá-las, a R&D uniu-se no presente para aumentar a capacidade de transporte e reduzir o custo dos projetos de cabos de energia submarinos.
Os cabos de energia submarinos fazem parte integrante dos projetos eólicos offshore e das ligações internacionais que permitem assegurar o fornecimento e obter uma capacidade de transporte máxima. Vários projetos de interligação e de ligação de parques eólicos offshore em grande escala foram realizados nos últimos anos, e estão previstos outros durante a próxima década.
Plataformas flutuantes
A Europa é líder incontestável da energia eólica offshore, representando perto de 80% da capacidade mundial. A maioria dos seus parques eólicos situam-se em águas pouco profundas, não muito longe da costa. Para enfrentar o aumento da procura, o setor volta-se agora para algumas das grandiosas profundezas, nas zonas onde os ventos são simultaneamente mais fortes e mais regulares.
Os parques eólicos clássicos, colocados diretamente no fundo do mar, só acordam as águas numa profundidade inferior a 50 metros, além da qual a tecnologia já não é viável em termos financeiros. Se uma solução potencial para as águas mais profundas consistir na utilização das turbinas de maior dimensão nas plataformas flutuantes, poderá apresentar no entanto um desafio tecnológico para os cabos de transporte de energia.
A maioria dos parques eólicos já utilizam cabos elétricos submarinos estáticos para ligar as turbinas entre si e as subestações offshore no litoral. No entanto, no caso dos parques em águas profundas, a solução passa por construir parques eólicos em bases flutuantes ancoradas no fundo do mar. Neste caso, são os sistemas de cabos submarinos «dinâmicos» que recolhem e exportam a energia.
As ondas e as correntes submetem os cabos de ligação dos parques eólicos às redes de fortes tensões dinâmicas. Consequentemente, os cabos devem resistir tão bem aos movimentos hidrodinâmicos como à plataforma flutuante.
A Nexans tem a possibilidade de poder utilizar as décadas de experiência no desenvolvimento e fabrico de tubos e de cabos dinâmicos para os clientes na indústria petrolífera e de gás marítimo. Utilizamos o conhecimento, ligado ao nosso conhecimento da criação e da colocação de cabos submarinos de alta tensão, como suporte para novas pesquisas.
Os parques eólicos flutuantes são compostos por turbinas de grandes dimensões que permitirão a longo prazo alcançar uma potência na ordem dos 20 MW, contra aproximadamente 7 a 10 MW por hora atualmente. Os cabos mais espessos necessários para estes níveis elevados de tensão não vão conseguir tolerar o mínimo de infiltração de água no isolamento. Têm assim a necessidade de ter uma barreira impermeável que, nos cabos submarinos estáticos, se apresenta na forma de um revestimento de chumbo enrolado no isolamento. Ou então este tipo de revestimento não resiste aos movimentos dinâmicos das ondas e da tensão em curvatura.
Uma outra solução de proteção deve passar por ser bem espesso o suficiente, e apresentar uma boa flexibilidade. Posteriormente desenvolvemos cabos revestidos por folhas de metal finas e camadas isoladoras de polímeros, mais adaptadas aos comprimentos maiores.
Ao aprovar uma abordagem geral da conceção técnica, temos em conta fatores como a resistência, a flexibilidade, a flutuação e a regulação da temperatura. Também é possível, para um custo negligenciável, integrar fibras óticas nos cabos de energia dinâmicos para permitir uma comunicação de ponta a ponta e fornecer aos operadores um excelente sistema de vigilância do estado do cabo.
Ligações
Para limitar o risco de blackouts, as ligações são feitas ente as diferentes redes elétricas, aos cabazes energéticos diversos. Estes permitem aumentar a penetração das energias renováveis nas redes e atenuar a irregularidade da energia eólica, em terra ou no mar.
Historicamente, as ligações submarinas HVDC (corrente de alta tensão constante) utilizavam cabos de isolamento em papel impregnado de matéria (IM). Este isolamento é composto por algumas centenas de fitas de papel enroladas à volta do condutor, e depois impregnadas de um óleo viscoso. Embora esta técnica seja fiável e sustentável, o fabrico de cabos tornou-se mais complexo devido à necessidade de um controlo de tensão nas fitas de papel e de impregnação homogénea do isolamento, tudo isto ao longo de centenas de quilómetros.
Não existem restrições técnicas de comprimento máximo dos cabos de HVDC, que possam ser utilizadas para as ligações maiores (até 700 km) em terra e no mar. Após vários anos, os cabos de HVDC passaram a ser fornecidos também com um isolante em XPLE (polietileno reticulado). Estes cabos são objeto de grande procura no mercado dos parques eólicos offshore e serão utilizados para a construção de vários novos parques eólicos e ligações ao Reino Unido.
Supercondutores
Paralelamente, os supercondutores – descobertos há mais de um século – também podem constituir uma solução adequada em determinados casos. Inicialmente reservada para áreas urbanas densas, esta tecnologia poderá desempenhar agora uma função à escala continental nas energias renováveis.
Os cabos supercondutores permitem aumentar a quantidade de corrente fornecida graças à reutilização das canalizações existentes – aos níveis de tensão mais fracos – e à ausência total de perdas de Joules. O que evita trabalhos pesados de construção civil e reduz ao mínimo os terrenos ocupados por estações de transformação. Para o nosso projeto de ligação Ampacity a Essen (Alemanha), foi mesmo possível libertar o controlo de um poste de eletricidade.
Uma nova geração de navios lança-cabos de mar
Estes navios lança-cabos de mar de nova geração, na tecnologia de vanguarda, estão atualmente em construção. Conseguem colocar cabos submarinos de alta tensão em profundidades superiores a 2000 m. Estes navios permitem reduzir o número de uniões de HVDC no mar bem como as alterações potenciais do fundo do mar.
De um comprimento aproximado de 150 m e largura de 31 m, o cabo Nexans Aurora tem duas linhas de montagem e regista uma carga útil de 10 000 toneladas. A conceção concêntrica inovadora do rolo, com base numa tecnologia testada, permite colocar dois cabos de 5000 toneladas em paralelo, a uma velocidade até 20 m/min.
A forma de casca foi concebida para reduzir os movimentos do navio em modo de posicionamento dinâmico, assegurado por um sistema de DP3 totalmente redundante. A capacidade de propulsão elevada é assegurada por seis propulsores que fazem um total superior a 20 MW. Entre outras inovações, a recuperação da potência de travagem da colocação de cabos e a utilização da energia proveniente do cais durante as operações de carga em terra.
Uma vez em serviço ativo no verão de 2021, o Nexans Aurora será equipado com a maior plataforma dupla offshore do mundo. Trata-se do nosso maior navio lança-cabos no mar, o mais polivalente e o mais ecológico neste momento.
Maxime TOULOTTE
Responsável pelo departamento de marketing tecnológico do grupo de atividades Subsea and Land Systems (SLS)
Frédéric LESUR
Engenheiro Sénior em sistemas de cabos de alta tensão e redes elétricas