As Energias Renováveis Marinhas (ERM) desempenham um papel fundamental na transição do sistema energético baseado em combustíveis fósseis para um mix energético sustentável, renovável e limpo [1]

. Os vastos recursos energéticos marinhos representam uma fonte de energia renovável que fornece contribuições inovadoras para os objetivos de desenvolvimento sustentável da Agenda 2030 das Nações Unidas (ONU) [2], nomeadamente, os objetivos 7 (energia acessível e sustentável) e 13 (combater as alterações climáticas e seus impactos). A exploração da ERM, incluindo a reconversão de plataformas de petróleo e gás em unidades de produção de ERM, implica a instalação de uma variedade de fundações associadas a elevados investimentos (CAPEX) e custos operacionais e de manutenção (OPEX). Nas fundações fixas ao fundo, a erosão localizada é uma das principais causas de colapso [3]. O CAPEX de uma proteção contra erosões localizadas é de cerca de 350.000 € para um monopilar [4] e pode ser maior em fundações mais complexas. A otimização destas proteções são uma contribuição vital para a redução de custos das fundações e alcançar um custo energético (LCoE) competitivo. A maioria das proteções usadas nas renováveis offshore consistem num filtro granular colocado sobre o fundo móvel marinho, que é depois coberto por um manto de enrocamento que não se move sob as condições hidrodinâmicas [3]. Várias otimizações têm sido recentemente propostas visando menores custos [3, 5, 6]. Uma otimização promissora consiste no uso de proteções dinâmicas, estudadas por [5] e desenvolvidos mais tarde por [7], com blocos de enrocamento menores que se podem mover sem exposição excessiva do filtro. [5] provou que o tamanho médio dos blocos numa proteção dinâmica pode ser 20 a 80% menor do que numa estática. Assim, os stakeholders do sector têm apostado em uma ampla implementação deste conceito em casos práticos, mas que até à data apenas consistem em monopilares. O dano e o comportamento de proteções dinâmicas em estruturas com geometrias mais complexas carecem de estudos detalhados. A extensão de proteções dinâmicas para fundações com geometrias complexas, como os jackets, os tripés e as fundações por gravidade (GBFs), é um requisito para uma implementação generalizada deste conceito.
As proteções dinâmicas em fundações complexas aumentam a competitividade de uma vasta gama de tecnologias de ERM fundadas em estruturas fixas, incluindo, certos conversores de energia das ondas, de corrente de maré e turbinas eólicas offshore.
O projeto POSEIDON investiga o uso desta otimização para fundações complexas. O estudo a realizar é feito através de modelação física e numérica combinadas para 3 tipos de fundações: um monopilar (fundação mais comum no sector), um jacket (típico do sector do petróleo e gás offshore, importante para analisar a reconversão de plataformas) e uma GBF (bastante usada em profundidades intermédias e estudada no projeto Português DEMOGRAVI3 [8]). A modelação física (semelhança de Froude) decorrerá no Laboratório de Hidráulica da FEUP, e testa as proteções sob a ação de ondas e correntes combinadas. Os ensaios serão realizados com uma extensa gama de escalas geométricas, de 1:50 a 1:35, com foco no desenvolvimento de uma metodologia de dimensionamento que permita a aplicação de proteções otimizadas a diferentes tipos de fundação. Esta metodologia inovadora terá por base a previsão do parâmetro de dano obtido a partir do novo método apresentado em [9]. A modelação numérica com o Flow-3D permitirá a analise das tensões de arrastamento, o efeito da camada limite e os mecanismos de erosão em cada fundação para aprimorar o conhecimento sobre a hidrodinâmica em torno da estrutura e os mecanismos de falha da proteção. Permitirão ainda um mapeamento do fator de amplificação de tensões que controla a estabilidade estática e dinâmica. A modelação numérica ajudará a definir a relação entre diversas características da proteção, p. ex., a espessura e extensão do manto de enrocamento, incluindo ainda a análise complementar dos campos de velocidade e tensão do escoamento na proteção.
O POSEIDON fornece 3 contribuições científicas principais:
– Generalizar e validar a aplicação as proteções dinâmicas para uma ampla variedade de fundações de tecnologias de ERM.
– Desenvolver uma metodologia de dimensionamento que contribua para a sua aplicação por parte dos stakeholder do sector das ERM;
– Melhorar a relação custo-benefício das proteções dinâmicas por comparação com as estáticas.
Estas contribuições estão alinhadas com 2 necessidades estratégicas:
– Promover menores LCoEs, aumentando a competitividade da ERM;
– Contribuir para a transição do mix energético fomentando a sustentabilidade a longo prazo da Sociedade e do Meio Ambiente.
A vasta aplicabilidade das proteções contra erosões localizadas permite ao POSEIDON constituir-se como um contributo transversal para a generalização de fundações mais baratas no sector da Energia Renovável Marinha.