Análise de fatores de risco geotécnico em sistemas de transmissão de energia em usinas eólicas "nearshore". Estudo de caso "Winplan Blauw"

Abstract

A matriz energética global migra, em consequência do aumento na conscientização ambiental, para geração de baixo carbono, como a de energia eólica e solar. O aproveitamento energético e o custo-benefício destas indústrias quando instaladas onshore é menor quando comparadas à instalação offshore. Instalação de equipamentos offshore geram diversos desafios, entre eles a transmissão da energia por cabos enterrados no fundo do mar ou em lagos. Este trabalho apresenta um estudo de caso, demonstrando inicialmente a evolução da matriz energética mundial e o contexto do projeto em voga e aborda alguns dos fatores de risco geotécnicos para execução de projetos de transmissão de energia eólica offshore e nearshore, focados no projeto WindPlan Blauw, a ser executado na área lacustre do IJsselmeer, Holanda. Para possibilitar a execução das análises apresentadas neste estudo de caso foi realizada a delimitação da estratigrafia ao longo do percurso dos cabos de transmissão a serem instalados entre as turbinas eólicas. A partir da estratigrafia e de análises laboratoriais, foram definidos os parâmetros de entrada das análises para os estratos do solo. Foram executadas análises de estabilidade dos taludes de praia para trincheira, como alternativa à Perfuração Horizontal Direcional, de estabilidade de cabos assentados em solos moles compressíveis, de estabilidade de colchões de concreto a serem instalados para proteção física de cabos em cruzamentos e ainda de penetração de âncoras em solos estratificados. As três primeiras análises foram executadas com auxílio dos programas Slide2 e RS2, ambos da empresa canadense Rocscience. A análise de penetração de âncoras em solos estratificados foi realizada a partir de modelos apresentados na bibliografia estudada, adaptando as curvas de penetração de âncoras por e tratando a penetração como simples perda de energia potencial da âncora em cada estrato de espessura conhecida. O estudo permitiu concluir que taludes com geometria 3:1 são considerados seguros para trincheiras, em solos não perturbados, os cabos são estáveis à profundidade de enterramento sugerida pelo empreendedor (2m), os colchões de concreto levam a recalques consideráveis e tensionamento dos cabos, podendo causar danos aos mesmos, o modelo sugerido para penetração de âncoras por peso e litologia encontrou resultados de penetração consideráveis nos solos estratificados, evidenciando um risco ao empreendimento. A cargo de trabalhos posteriores fica a melhor calibração de modelos de penetração de âncoras, a partir de mais testes e ensaios, aumentando a precisão das análises e definição da profundidade necessária para enterramento de cabos.

As a result of the increase in environmental awareness, the global energy matrix migrates towards low carbon generation, such as wind and solar energy. The energy use and cost-effectiveness of these industries when installed onshore is lower when compared to offshore installation. Offshore equipment installation faces several challenges, amongst them the transmission of energy by cables buried in the seabed or in lakebeds. This paper presents a case study, initially demonstrating the evolution of the world energy matrix and the context of the project in study and addresses some of the geotechnical risk factors for the execution of offshore and nearshore wind energy transmission projects, focused on the WindPlan Blauw project, to be carried out in the lake area of the IJsselmeer, Netherlands. To enable the execution of the analyses presented in this case study, the delimitation of the stratigraphy was carried out along the path of the transmission cables to be installed between the wind turbines. From the stratigraphy and laboratory analyses, the input parameters of the analyses for the soil strata were defined. Stability analyses were performed on the beach slopes for trenches, as a possible alternative to Horizontal Directional Drilling, on the stability of cables laid in soft compressible soils, on the stability of concrete mattresses possibly installed for physical protection of cables at crossings and also on the penetration of anchors in stratified soils. The first three analyses were performed using the Slide2 and RS2 programs, both from the Canadian company Rocscience. The analysis of anchor penetration in stratified soils was performed using models presented in the studied bibliography, adapting the penetration curves of anchors by, and treating penetration as a simple loss of potential energy of the anchor in each stratum of known thickness. The study allowed to conclude that slopes with 3:1 geometry are considered safe for trenches, in undisturbed soils, cables are stable at the buried depth suggested by the entrepreneur (2m), concrete mattresses lead to considerable settlements and cable tension, what may cause damage to them. The anchor penetration model per anchor weight and lithology suggested found considerable penetration results in stratified soils, evidencing a risk to the development. It is up to further studies a more precise calibration of the anchor penetration model, based on field and laboratory tests, to better predict the necessary burial depth of cables.