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sumário.
O projeto BASEPOINT é uma parceria da in2sea com a empresa holandesa Teamwork Technology, Sines Tecnopolo e Mecwide, com o objetivo de validar o desempenho de uma nova filosofia de módulo de conversão de energia ("Power-take-off") para dispositivos de energia das ondas. O módulo consiste de uma turbina desenvolvida no contexto do dispositivo “SYMPHONY” pela empresa holandesa Teamwork Technology. O projeto está a decorrer desde 2018 e conta com cofinanciamento do programa Fundo Azul do Ministério do Mar (Referência Fundo Azul BASEPOINT - FA_02_2017_12).
Além de validar as caraterísticas da turbina, está a ser validado o comportamento dos componentes eletrónicos, sobretudo o conversor que é a unidade responsável para otimizar o desempenho para diferentes regimes de funcionamento. O projeto também inclui o desenho do involucro (‘casulo’) para o módulo de conversão, para integração num dispositivo submerso. O projeto é encarado como primeiro passo do desenvolvimento e implementação da tecnologia SYMPHONY em parceria entre Holanda em Portugal.
A parceria do projeto BASEPOINT consiste na in2sea como líder do projeto, a TEAMWORK Technology como líder do desenvolvimento da tecnologia SYMPHONY, e o Sines Tecnopolo e a Mecwide AS como apoio local/logístico, de disseminação e de engenharia, respetivamente.
introdução.
O potencial da energia das ondas é devidamente reconhecido, e continua um item relevante na agenda Europeia de desenvolvimento. A Strategic Initiative on Ocean Energy estimou um potencial de energia dos oceanos (sobretudo ondas e correntes de maré) de 100 GW instalados até 2050 (SI Ocean 2014 ). Recentemente, o Strategic Energy Technology Plan (SET-Plan) e o Ocean Energy Forum, lançados pela Comissão Europeia (CE), identificaram energia dos oceanos como setor estratégico para Europa.
No entanto, há vários desafios técnicos associados com a natureza das ondas do oceano, que resultam no progresso relativamente devagar do desenvolvimento de energia das ondas em comparação com outras tecnologias de energia renovável. Em particular as forças extremas exercidas nas estruturas em variações de potência muito elevadas têm criado dificuldades, necessitando abordagens inovadoras.
O desenvolvimento do conversor de ondas SYMPHONY foi motivado em superar estas dificuldades de dispositivos existentes, e representa uma evolução de uma tecnologia anterior – o Arquimedes Wave Swing, desenvolvida também pela empresa holandesa Teamwork Technology. Trata-se de um dispositivo submerso de variação de pressão que foi sujeito à testes extensos em escala real no mar de Aguçadoura (Norte de Portugal) em 2004.
Parte da equipa do projeto BASEPOINT participou nestes testes em papéis significativos, que resultaram numa aprendizagem essencial sobre aspetos operacionais de energia das ondas em escala real, tal como numa validação de dispositivos submersos funcionando com variação de pressão.
Em consequência começou o desenvolvimento do conceito SYMPHONY, e avanços significativos foram alcançados, sobretudo no âmbito do projeto Europeu WETFEET (H2020). Em particular, foi eliminada a maior debilidade do conceito original do Arquimedes Wave Swing – um vão entre o cilindro exterior (móvel) e interior (estático) – implementando um sistema de membrana rolante de borracha estrutural. Outro parte central deste novo sistema “PTO” (Power-Take-Off – tomada de força TF) é uma nova turbina de água com fluxo recíproco sob pressão, cujo desenvolvimento inicial e construção ocorreu no âmbito do WETFEET.
Tarefa central do projeto BASEPOINT é a validação do funcionamento desta turbina, inclusive curva de desempenho e aprendizagem de fatores relevantes para operação em escala real (entre as quais caraterísticas de fluxo recíproco e interações com sistema de eletrónica de potência), tal como integração entre turbina, gerador e conversor.
objetivos.
O principal objetivo do BASEPOINT é estabelecer um avanço consistente do sistema PTO (power-take-off) desenvolvido no contexto do SYMPHONY WEC (Wave Energy Converter - Conversor de Energia das Ondas), composto por turbina hidráulica, gerador e conversor. Um PTO (TF) adequadamente validado em condições controladas reduzirá notavelmente os riscos tecnológicos para os próximos estágios de desenvolvimento e permitirá sistemas em escala comercial com maior confiabilidade e tempo de vida, além de diminuir os esforços de operação e manutenção. Os objetivos do projeto são:
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Demonstração do sistema integrado PTO: para permitir uma demonstração completa do sistema inovador de tomada de força e estratégias de controle, a fim de comprovar a adequação do projeto em condições operacionais, obter benchmarks de desempenho realistas e inputs validados para os modelos numéricos.
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Benchmarks críticos para projeto de conversores: analisar o comportamento do conversor em situações de cargas oscilantes e obter dados operacionais e de desempenho para as futuras estratégias de design e controlo do conversor.
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Projeto detalhado para o módulo (TF): para a integração no protótipo Symphony.
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Minimizar os riscos da tecnologia e promover o setor de energia oceânica e o desenvolvimento industrial necessário
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Atrair parceiros e investidores regionais / nacionais: divulgar eficazmente a tecnologia Symphony e a “componente Portuguesa” entre (de preferência) parceiros técnicos locais / regionais e potenciais investidores.
atividades. ordem cronológica
1º - 2º trimestre. junho a novembro 2018
A implementação das atividades do projeto começou em Agosto 2018, com preparações de envio da turbina existente para um protótipo do Conversor de Energia das Ondas (WEC) Symphony de 1.5m de diâmetro, desenvolvida e construída pelo parceiro holandês TEAMWORK (inventores e promotores principais da tecnologia Symphony). Em Outubro, depois de uma modificação da turbina que se mostrou necessária após os ensaios de comissionamento na Holanda, os trabalhos para a disponibilização do conjunto de turbina-gerador com tanque, iniciaram com a respetiva entrega em Sines.
Na Ilustração é apresentado o conjunto ‘Testbed’ (banco de ensaio) no Sines Tecnopolo, que foi preparado. Os componentes chave para este conjunto, a turbina, o gerador, a base da turbina, e o tanque foram fornecidos de Holanda.
3º trimestre. dezembro 2018 a fevereiro 2019
Liderado pelo engenheiro de projeto contratado pela in2sea, o grupo turbina-gerador foi transportado pela Mecwide das suas instalações para a armazém dos testes do Sines Tecnopolo, após o fundo do local ter sido preparado com a base do banco de testes, com uma geomembrana. Durante da fase do comissionamento do grupo turbina-gerador verificou-se uma avaria num sensor essencial para o controlo (encoder). Os trabalhos foram pausados até chegada de um novo sensor (fim de Fevereiro).
4º trimestre. março a maio 2019
Foram avançados os trabalhos de design estrutural do involucro e análise funcional dos componentes a incorporar, inclusivamente a sondagem dos componentes disponíveis off-the-shelf, baseado no apuramento de necessidades de funcionamento de cada elemento, feito em estrita colaboração com a equipa da Teamwork em Holanda.
Na fase seguinte foi instalado e comissionado o novo encoder, e os primeiros testes de desempenho da turbina foram iniciados. Após também este novo instrumento ter falhado, foi concluído que ligeiras excentricidades na montagem deste tipo de encoder são a causa mais provável para o defeito, e um modelo ótico foi instalado.
Os testes de funcionamento básico na fase seguinte foram iniciados com uma primeira fase de calibração de rodagem da turbina e testes básicos de funcionamento sob resistência de fluxo. A seguir iniciou uma fase de avaliação técnica inclusive reuniões entre in2sea e TEAMWORK para discussão dos primeiros resultados, planeamento do programa de testes completo e análise de riscos.
5º trimestre. junho a agosto 2019
O programa de testes detalhado para obtenção da curva de desempenho da turbina em condições atmosféricas foi definido, abrangendo fluxo em ambos sentidos, em regime quase-estático, permitindo identificar a curva de desempenho da turbina em regime de fluxos até aproximadamente 3 bar de resistência. Problemas com sinais elétricos de medição (‘ruído’) impediram bons resultados na primeira fase de testes, pelo que uma análise compreensiva de possíveis causas foi executada antes da continuação do programa de testes.
Foram detetados problemas com a ligação com terra do prédio pelo que uma ligação adicional à terra num outro local mitigou as dificuldades até um nível aceitável para esta fase. O programa de testes foi concluído e os sinais condicionados para avaliação inicial. Foi ainda iniciada uma reflecção sobre a configuração da base dos testes, e a possibilidade de uma extensão de funcionalidades no âmbito do projeto, envolvendo o desenho de um novo sistema de controlo (conversor), e novos elementos no circuito de água.
6º trimestre. setembro a novembro 2019
Após análise compreensiva um dos resultados principais do projeto BASEPOINT foi alcançado: a confirmação do desempenho da turbina em um sentido, sendo possível extrapolar a mesma curva no sentido oposto com os dados e observações existentes com fiabilidade satisfatória. Nenhum dos dois sentidos de fluxo apresentou desafios não esperados, e as operações de reversar o fluxo dentro de 5 segundos (conforme o regime de funcionamento real no mar) não revelaram qualquer observação preocupante. No entanto, houve algumas limitações no que diz respeito ao conjunto dos resultados obtidos:
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Devido a diferenças de pressão entre as cavidades das pás da turbina, é introduzido um efeito ‘martelo’ (‘), que causa vibrações significativas.Para testes futuros, seria preferível uma modificação da instalação.
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Devido às vibrações, acelerações fortes e intervalos curtos, de fluxo recíproco, foram evitados.
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Nos testes ocorreu sucção de ar do exterior para o sistema de tubagem, causando turbulência e alguma imprecisão das medições
Além de outras razões, estas limitações contribuíram para o plano de uma reformulação da base de testes.
Uma peça chave para um sistema hidráulico sob pressão seria uma funcionalidade adicional no centro do sistema de controlo, nomeadamente a possibilidade de funcionar em todos os quatro quadrantes da operação. Esta capacidade não faz parte do conversor standard montado no sistema atual, e não foi previsto originalmente. Foi iniciado uma análise de fiabilidade de várias possibilidades, entre as quais a montagem de um novo conversor, e/ou elementos adicionais de controlo como uma bateria ou um condensador grande na parte DC (corrente direta) suficientes para absorber energia gerada para o ciclo curto e re-injetar esta energia na próxima parte o ciclo. Foi implementada esta capacidade no design do sistema com funcionalidades alargadas na fase posterior (a partir de trimestre 8), considerado a versão final de base para o sistema de eletrónica de potência do Symphony de 1.5m diâmetro.
7º trimestre. dezembro 2019 a fevereiro 2020
O estudo de implementação do upgrade do sistema hidráulico e de controlo elétrico no âmbito do BASEPOINT resultou no desenho de um novo banco de ensaios com tubagem hidráulica sob pressão. Para assegurar a inclusão do máximo de benefício para as próximas fases de desenvolvimento, este período de Dezembro 2019 a Fevereiro 2020 iniciou com a programação dos trabalhos e elaboração de um plano do set-up dos testes, feito desenhos detalhados da instalação, e adquirida a hardware necessária para este passo.
Após investigação de várias alternativas para os acumuladores, foi identificada a maneira mais económica e simples de criar um circuito com esta caraterística com autoclaves, que são relativamente comuns no mercado nacional para sistemas de distribuição de água. Foi concluído o processo de sourcing de materiais (autoclaves, tubagem, etc.) e desenho de sistema hidráulico, e foram avançados os trabalhos de condicionamento necessário do sistema de eletrónica de potência. Os elementos novos foram colocados no local de teste, e a instalação existente desativada e parcialmente desmantelada.
8º trimestre. março a maio 2020
Devido às restrições de mobilidade em consequência do COVID-19, foram suspensos todos os trabalhos físicos na instalação de testes, e o foco temporário do projeto foi desviado para o planeamento dos trabalhos finais, tendo em vista o seu posicionamento no âmbito mais alargado do desenvolvimento da tecnologia SYMPHONY. Este passo tornou-se uma prioridade global no âmbito do desenvolvimento do Symphony, devido à recente aprovação do projeto ENCORE (INTERREG 2 Seas “2S08-004 ENCORE-2), liderado pelo DMEC (Dutch Marine Energy Centre), onde o Symphony, neste projeto liderado pela TEAMWORK, será uma das 5 tecnologias apoiadas. O ENCORE, a começar no verão 2020, é encarado como follow-up natural do BASEPOINT, no sentido que parte dos resultados do BASEPOINT e integra o conjunto turbina-gerador numa instalação de “dry-test”, que foi identificado como prioridade de desenvolvimento na próxima fase.
biblioteca.
