Robótica Submarina para Renováveis

O parque eólico de Gwynt Y Mor. Foto de Rovco.

Dados de ADCP do Islay Sound. Imagem da MarynSol.

A Rovco lança um ROV em um levantamento do parque eólico. Foto de Rovco.

Um Remus AUV sendo implantado nos Corra Narrows. Foto da MarynSol.

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À medida que a frota global de frotas de energias renováveis ​​offshore aumenta, maneiras de reduzir o custo e aumentar a eficiência e a segurança das operações e do trabalho de manutenção, usando robótica e sistemas autônomos, também crescerão. Elaine Maslin relata.

A robótica e os sistemas autônomos estão se movendo para muitas áreas da vida moderna. Está ficando cada vez mais difícil evitá-los, de nossos telefones a sistemas automotivos e agora a projetos de energia renovável offshore.
Ambos são vistos como ferramentas para fazer um trabalho sem graça, sujo ou perigoso, sem envolvimento humano, mas também como uma forma de reduzir custos operacionais e produzir dados repetíveis mais confiáveis.
As energias renováveis ​​marinhas são vistas como um espaço maduro para inovação nesta área, especialmente em torno de operações e manutenção (O & M), que é uma atividade intensiva em grande parte humana, limitada por questões de acesso, acima e abaixo das ondas.
HOME Offshore (Operação Holística e Manutenção de Energia de Parques Eólicos Marítimos), um consórcio de universidades que trabalham com tecnologias de inspeção remota e autônoma para inspeção de cabos submarinos, diz que 80-90% do custo da O & M offshore é gerado pelos requisitos de acesso. inspeções submarinas podem ser lentas e caras e geralmente incluem inspeção visual manual com grandes margens de erro.
Algumas necessidades de inspeção não foram previstas, incluindo emissões de junta grouted, que afetam cerca de 35-40% das fundações monopile instaladas (principalmente estruturas pré-2012 instaladas), causadas pelo ambiente marinho severo, de acordo com o Acelerador Eólico Offshore (OWA), um projeto Carbon Trust apoiado por nove desenvolvedores eólicos offshore. Muitas das estruturas construídas depois de 2012 também precisarão de monitoramento de desempenho, enquanto novos projetos, como jaquetas, que são construídos usando nós soldados, também apresentarão desafios de inspeção, diz o OWA.
Além disso, atualmente, 70% dos modos de falha de cabos de energia submarinos não podem ser monitorados in-situ, inibindo o monitoramento preciso da saúde, diz o grupo HOME Offshore. "Ao integrar tecnologias, como veículos subaquáticos autônomos e tecnologia avançada de sonar, teremos uma nova visão sobre as condições desses ativos submarinos", diz David Flynn, diretor do Smart Systems Group da Heriot-Watt University, e membro do grupo HOME Offshore.
Vai haver um grande mercado para resolver. Cerca de 3,1 GW da nova capacidade eólica offshore foi instalada na Europa em 2017, o dobro da capacidade instalada em 2016, de acordo com o órgão comercial WindEurope. Até 2020, a WindEurope espera uma capacidade eólica offshore total de 25 GW - com toda a infra-estrutura associada que a acompanha.
A HOME Offshore estima que o uso de inspeção remota e gerenciamento de ativos de parques eólicos offshore e suas conexões com a costa poderia ser uma indústria que vale até £ 2 bilhões por ano até 2025, apenas no Reino Unido. A Catapulta de Energia Renovável Offshore do Reino Unido (ORE) acredita que 20-40% de economia poderiam ser feitas usando operações remotas.
Superfície
Embarcações de superfície não tripuladas (USVs) poderiam ser parte da solução, para peças ou transferência de pessoal, mas também pesquisa e vigilância, Simon Cheeseman, Líder do Setor, Energia Onda e Maré, na Catapulta de Energia Renovável Offshore (ORE), disse à conferência All Energy. em Glasgow no início de maio. “USVs poderiam ser usados ​​para executar peças de reposição em pequena escala. Ele (um USV) pode operar em uma janela de tempo mais ampla, ninguém fica com fome e você pode colocar outros sensores lá, para monitoramento e segurança de cabos, tudo em uma única plataforma multiuso. Poderia permitir outras coisas que não pensamos até agora.
De acordo com a ASV Global, um fornecedor de embarcações autônomas, até 60% dos custos operacionais de parques eólicos offshore estão relacionados a embarcações. Um projeto de 18 meses de £ 900.000 da Innovate UK, denominado Projeto de Navio Autônomo do Parque Eólico (WASP), está analisando o que é necessário para usar USVs na manutenção de parques eólicos offshore. A WASP está sendo liderada pela ASV Global, em parceria com a ORE Catapult, com o SeaRoc Group, Houlder e a University of Plymouth. O grupo trabalhará com o Ørsted (anteriormente Dong Energy) em casos de uso, relevantes para o parque eólico offshore Hornsea One, a 140 km da costa de Yorkshire.
Alguns dos desafios técnicos para sistemas autônomos, tanto superficiais quanto submarinos, incluem a capacidade de navegar, evitar obstáculos, autodiagnóstico e recuperação e a integração de sistemas autônomos em sistemas coordenados marítimos tripulados, diz Cheeseman. Há também preocupações, em torno de segurança de dados e hackers, que podem causar danos a um transformador ou subestação, e também preocupações sociais, em torno de sistemas autônomos.
No entanto, os USVs e AUVs já estão sendo usados ​​em energias renováveis ​​offshore como parte das operações de pesquisa. A MarynSol, sediada em Edimburgo, tem usado USVs para realizar pesquisas rápidas de sistemas de marés, para auxiliar em estudos de viabilidade e projeto de arranjos para locais de energia das marés.
O diretor da empresa, Jonathan Evans, disse à All Energy que usar um USV, como o C-Cat da ASV Global, ou veículos subaquáticos autônomos (AUV), como um Remus, com um pacote de sensores e o software SeaSmart da MarynSol, pode significar observações e processamento automatizado e relatórios.
“O uso de veículos marítimos robóticos como plataforma de pesquisa reduz as limitações causadas pelos custos, riscos e resistência física da tripulação”, diz ele. “Automatizar o processamento de dados reduz os custos e os riscos de erro do manuseio / processamento manual dos dados.”
Com uma abordagem convencional, um ADCP estático seria usado em uma embarcação, exigindo uma tripulação, geralmente em um único local (ou dois ou três se você tiver muita sorte), por pelo menos um mês lunar, seguido por uma semana (ou mais ) de relatórios de pós-processamento sem observações diretas em todo o site da matriz e você só pode validar um modelo de simulação de área em um único local, diz o Dr. Evans.
Usar o SeaSmart e um ADCP móvel em um veículo robótico marítimo (AUV ou USV) significa poder cobrir todo o potencial site do array. "Ele pode ter como alvo marés específicas por um curto período (3-4 dias)", diz Evans. “Ele tem um pós-processamento de dados altamente automatizado para fornecer validação de modelo de área grande e resultados rápidos - geralmente dentro de uma hora ou menos, o que facilita medidas adicionais de acompanhamento imediato.”
No final de abril, a MarynSol usou um C-Cat3 no Sound of Islay North Channel. Ele percorreu várias pernas ao redor do som, depois os dados foram empilhados e poderiam ser fatiados e um vídeo produzido. Ele mostrou muita estrutura interna nos dados, diz Evans, “água fluindo uns sobre os outros refletindo batimetria, 3-4m / seg em alguns lugares, com perfis de cisalhamento interessantes”.
Visualização
Vários projetos estão focados em tecnologias de visualização submarina suportadas por veículos submarinos, para avaliar ativos de energias renováveis ​​offshore. Um projeto do OWA fará com que a Kraken Robotics demonstre seu sistema de imagens subaquáticas a laser SeaVision 3D RGB nas fundações. Um sistema inicial, incorporando uma câmera de alta resolução e um laser para criar modelos de nuvem de ponto construído, foi projetado para implantação em plataformas robóticas submarinas, como ROVs e AUVs.
Outro projeto, com o suporte da ORE Catapult, verá a Rovco, com sede em Bristol, usar sua tecnologia de visualização 3D com sistemas robóticos submarinos para criar imagens de fundações eólicas offshore, apoiadas por software baseado em inteligência artificial, para reduzir os custos de inspeção em 80%. Um sistema estava passando para testes e validação completos no Centro Nacional de Energia Renovável da ORE Catapult em Blyth, nordeste da Inglaterra.
Argamassa
Para resolver os problemas relacionados a falhas de juntas e soldas em monopiles e jaquetas, o OWA está apoiando diversos desenvolvedores de tecnologia submarinos, incluindo a Oceaneering. A empresa sediada nos EUA é uma das duas que estão sendo apoiadas para desenvolver tecnologias de inspeção de solda de base de revestimento. A Oceaneering ofereceu uma ferramenta que será anexada à estrutura da jaqueta para realizar uma varredura detalhada das soldas dos nós. A Kraken Robotics, por sua vez, desenvolveu um dispositivo de imagem a laser, que pode ser implantado em um ROV, que pode encontrar defeitos localizados antes que a ferramenta Oceaneering mais direcionada seja usada.
Como parte do mesmo projeto, a Uniper e a Next Geosolutions estão desenvolvendo tecnologias de inspeção monopile e argamassa submarina. Trabalhando com a British Geological Survey, a Uniper ofereceu uma ferramenta para fazer inspeção de ultrassom de baixa frequência no comprimento de onda da espessura da argamassa. Os reflexos espectrais do ultra-som podem ser interpretados para mostrar lacunas ou dissoluções no rejunte.
A Next Geosolutions, como parte de um consórcio com Hydrasun e Ashtead, também está desenvolvendo uma ferramenta para realizar inspeções submarinas de argamassa usando inspeção de sonar de banda larga, inspirada em golfinhos nariz de garrafa. Isso examinará a condição da argamassa entre os componentes do revestimento de aço. Ensaios offshore para todas as tecnologias apoiadas pelo OWA estão previstos para este verão / outono de 2018.
Cabos submarinos
Monitorar cabos submarinos pode ser uma tarefa mais difícil. Embora a maioria dos parques eólicos offshore tenha sido construída em águas rasas, relativamente perto da costa, a visibilidade é fraca e muitas vezes há fortes correntes. Os cabos de energia são normalmente enterrados ou cobertos por areia, lama ou lodo, tornando o levantamento com métodos tradicionais desafiadores. Bancos de areia no sul do Mar do Norte também podem mudar drasticamente, durante a noite.
AUVs poderia ser uma ferramenta chave neste desenvolvimento. A ORE Catapult diz que os operadores de parques eólicos offshore que usam AUVs podem reduzir seu custo nivelado de energia (LCOE) em 0,8%. Aplicando essa economia de custos para um parque eólico marítimo representativo de 400 MW, uma redução de 0,8% do LCOE proporcionará uma economia de custos de 1,6 milhão de libras por ano, segundo a organização. Entre os atuais 11 GW de capacidade instalada européia nos próximos 25 anos, isso pode equivaler a até 1,1 bilhão de libras.
Um dos projetos neste espaço é o projeto de estação de ancoragem de AUV da Modus Seabed Intervention baseado em Darlington (ver MTR: maio de 2018), que está sendo suportado pela ORE Catapult. Isso visa que os veículos permaneçam em campo para inspecionar e inspecionar a infraestrutura submarina do parque eólico offshore, em vez de ter que ser apoiado por embarcações de apoio.
Novas fronteiras
As oportunidades de inspeção serão ainda mais abertas à medida que novas fronteiras se abrirem no espaço das energias renováveis ​​offshore, inclusive dentro da energia eólica offshore flutuante. Embora exista apenas um parque piloto eólico offshore operacional hoje, o parque Hywind da Statoil em Peterhead, na Escócia, com cinco turbinas eólicas flutuantes, o potencial global é visto como significativo. Com mais componentes submarinos do que turbinas eólicas de fundo fixo, incluindo cascos, linhas de ancoragem, âncoras e cabeamento, há potencialmente mais trabalho a ser feito aqui.
De fato, a Oceaneering International Services foi selecionada recentemente como contribuinte para o estudo Flip-Wind Joint Industry Partnership (JIP), liderado pela Carbon Trust, para avaliar os requisitos de monitoramento e inspeção de projetos eólicos flutuantes.
As energias renováveis ​​offshore são um mercado emergente no espaço de O & M. À medida que mais instalações forem construídas, o caso de uso de sistemas robóticos e autônomos como parte de suas operações e manutenção aumentará.