eólica offshore: estado tecnológico e perspectivas do mercado

Eólica ‘Offshore’: Estado Tecnológico e Perspectivas do Mercado

Eólica ‘Offshore’:Eólica ‘Offshore’:Estado Tecnológico e Perspectivas do MercadoEstado Tecnológico e Perspectivas do Mercado


Contexto e Historial

• Enquadramento, a ascensão da energia eólica offshore

ConteudoConteudo

Potencial do mercado e políticas de implementação

• Recurso, parques existentes, viabilidade, actores de mercado

Estado de desenvolvimento tecnológico

• Turbinas, fundações, instalação e manutenção, ligação à rede

Legislação e aspectos ambientais

• Barreiras não-tecnológicas, aceitação pública, monitorização

Case study: home market

• Considerações globais para eólica offshore em Portugal


EnquadramentoEnquadramento

Esgotamento de locais para aproveitamento onshore

Necessidade de aumentar cota de ER

• Portfólio verde: benéfico para produção e imagem

‘Offshore’ está a sofrer um crescimento assinalável

Enquadramento e indústria existente e credível

Em Portugal não tem sido considerado favorável eólica offshore

• Águas profundas perto da costa; legislação inexistente

Investimentos frequentemente partilhados

• Volume de investimento de várias centenas M€; partilha de risco


1ºs parques offshore desde anos 90, até 2003 só mercado niche

(Águas protegidas, perto da costa, potência reduzida, ‘demo’ )

A ascensão da ‘eólica offshore’A ascensão da ‘eólica offshore’

Desde 2003 – parques > 100 MW e águas até 40m

Impulsos do mercado sobretudo em UK, Alemanha e Dinamarca

Previsões para crescimento dramático até 2020 (sobretudo UK, D, ES)

Eólica onshore em Europa

Tendência semelhante com

~ 15 anos de atraso?

Centenas de MW/ano esperados para os próximos anos


Até passado recente, tipicamente modificações de turbinas existentes (~2MW; Vestas, Siemens, Nordex)

Estado de Arte - TurbinasEstado de Arte - Turbinas

Parques a implementar com turbinas especiais ‘offshore’ multi-MW

Vestas, Siemens, GE Energy (3-3.6 MW)

RePower, Multibrid, Bard,...(?) (classe 5 MW a afirmar-se)

Fiabilidade técnica não foi convincente até há data! nova geração em validação

‘Designs’ descartados para turbinas onshore ganham peso

• Turbinas com 2 pás (menos peso, factor carga maior preço)

• Turbinas ‘downwind’ podem ser alternativa

Arranque do desenvolvimento em Ásia e nos EUA

• EUA: produtores (Clipper, GE) e projectos a avançar (Capewind et al.)

• China, Coreia do Sul, Índia, Japão turbinas próprias 2-5 MW

Multibrid


Reliability

• Onshore: 25% of the faults responsible for 75% downtime

• Offshore: 75% of the faults responsible for 5% downtime


Reliability

• Main faults:– Yaw mechanism– Blade pitch mechanism– Electrical power control systems– Drive train– Generator


Desenvolvimento mainstream: água pouco profunda (30m) monopile

Estado de Arte - Fundações Estado de Arte - Fundações 1/31/3

‘típico’ ‘existe’

?40...80m

Alternativas (tripé, treliça): viável até ~50m; futuro: bases flutuantes (?)


0

1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Water Depth (meters)S

ub

str

uc

ture

Co

st

Monopiles Gravity Foundations

Tripods, Jackets, Trusses

Floating Structures

Shallow Water Technology

Transitional Technology

Deep Water Technology

Estado de Arte – Fundações Estado de Arte – Fundações 2/32/3

Fundações flutuantes podem ter papel fundamental para a viabilidade económica de desenvolvimentos a médio prazo

Fundações de parques actuais na ordem de 25% do investimento total

Limites físicos de soluções monopile & gravity

d>50m: fortes limitações económicas

para fundações fixas em geral

Locais com água pouco profunda limitados


Versões flutuantes disponíveis no mercado nos próximos anos (<2015?)

• Hywind (Statoil Hydro): d>100m, turbinas Siemens, protótipo 2009

• SWAY: d>80m, turbinas downwind inclinadas, protótipo

• Blue H Group: d>40m, turbina especial 2MW 2 pás, protótipo 2007

• WindFloat: d>50m, protótipo em Portugal em 2011.

Estado de Arte - Fundações Estado de Arte - Fundações 3/33/3

Hywind

Blue H (100kW em Brindisi/Itália); full-scale 2MW a construir


WindFloatWindFloat

Hywind


A2Sea: “...has not been a market, but a collection of projects.”

• Barcaças existentes reservadas até 2011 (A2Sea); ‘défice’ geral de capacidade de instalação entre 2010 e 2012

• Mais 5 barcaças encomendadas por A2Sea (70% cota do mercado)

Instalação e ManutençãoInstalação e Manutenção

Crane vessel (turbinas)

Jack-up barge

(fundações)

Manutenção ainda factor relevante (fiabilidade)

• Opção de acesso por helicóptero e/ou embarcações com acesso especial


Alpha Ventus Farm (Germany)


Ligação à RedeLigação à Rede

Parques operam tipicamente com 33KV AC e estação offshore

• Cabos HVAC (3 condutores ou 3x1) ou HVDC (Thyristor ou IGBT)

• Características físicas dos cabos (flexibilidade) limitam potência

• HVAC até 245kV/250kVA (3 condut.); 420kV/1200kVA (3x1 condutor)

• HVDC até 400kV/800MW (bipolar, concêntrico); 800MW (2 cabos)

• A partir de 120km distância, HVDC torna-se mais económico


RecursoRecurso

Áreas near-shore de Europa e de grande parte do mundo favoráveis

• A partir de 6-7 m/s média o recurso é considerado bom

Recurso eólico marítimo mais vasto, mais consistente e menos turbulento

Europa do Norte excelente, Europa do Sul bom Europa do Norte excelente, Europa do Sul bom recursorecurso


Parques operacionais

• Dinamarca: 426MW em 8 parques desde 1991, 2* 160MW em 2003

• UK: 404MW em 7 parques desde 2000, forte acréscimo desde 2004

• Suécia: 134MW em 5 parques desde 1990; 1* 110MW em 2007

• Holanda: 127MW em 3 parques desde 1994; 1* 108MW em 2007

• Início: Finlândia, Alemanha, Espanha, China (turbina própria), Japão

Estado de Implementação Estado de Implementação

Parques a implementar (construção prevista nos próximos anos)

• UK: 2,5GW (464MW aprovados/a construir); 1,5GW esperados 2010

• Alemanha: 3,5GW aprovados (constr. até 2010); a construir 202MW

• Holanda: 500MW (120MW aprovados: parque Q7 a operar em 2008)

• Dianamarca: 400MW esperados até 2010, mais ~500MW depois

• França: 105MW (Picardie/Normandie), a planear 1* 705MW até 2012

• Planos concretos em Europa, nos EUA, Canada, China: vários GW

• Ainda antes de 2015, Noruega planeia 1+1,5GW flutuante


Visões de Implementação Visões de Implementação

Alemanha: 10 GW eólica offshore até 2020• Objectivos mencionados: 1,5GW 2012, 3GW 2015, 20-30GW

2030

• Tarifa anterior foi considerado inadequado, agora ~ 14 c/kWh Espanha: 4 GW eólica offshore até 2020

• Objectivos mencionados: 2GW 2015, 15GW 2030

• Tarifa com prémio de 8.4 c/kWh pode chegar aos 16,4 c/kWh

Reino Unido: 20 GW eólica offshore até 2020• Objectivos mencionados: 10-15GW 2015, 20-40GW 2020, 2-3

GW/ano

• Apoios favoráveis entre eles tarifa de 13,5 c/kWh

Outros paises sem metas oficiais mas condições favoráveis

• França: tarifa de 13 c/kWh e planos concretos de implementação

• Noruega: visão de parques flutuantes em água profunda SUPERGRID: Propostas de interligação das redes eléctricas offshore


Horn’s Rev, Nysted (160MW + 165,8MW; Dinamarca, 2003)

• Primeiros parques mundiais em grande escala (Vestas, Siemens)

• Programa exemplar de monitorização ambiental

• Problemas técnicos das turbinas impediram êxito imediato

Projectos de ReferenciaProjectos de Referencia

Egmond an Zee (108MW; Holanda, 2007)

• Primeiro parque na Holanda, nova geração de turbinas 3,6MW

• Centro de exposição inovador; com visitas muito acima do esperado Beatrice Wind Farm (Moray Firth, Escócia oriental, 2006)

• Primeiras turbinas em água profunda (2* 5MW Repower; d=45m)

• Estrutura de treliça, apoiado por projecto Europeio ‘DOWNVInD’ Alpha Ventus Rest Field (Borkum West, Alemanha,

2008)

• 2* 6 turbinas 5MW (RePower, Multibrid), d=40m

• Comparação de turbinas, monitorização técnica exaustiva (FINO 1)


Factores de carga entre 35% e 50% esperados (depende da turbina)

• resultados no passado pouco divulgado falhas frequentes

Viabilidade económicaViabilidade económica

Custo típico ~1,5 M€/MW (projectos iniciais) ~2,5 M€/MW (actual)

• depende de características locais e política de infra-estruturas

ElectricalInfrastructure

15%

Operation andMaintenance

25%

SupportStructure

24%

Engineering and

Management3%

Turbine33% Turbinas ~33%

dos custos de ciclo de vida vs. ~60% onshore

(derived from NREL cost model and CA-OWEE report 2001 )

Maiores margens de melhoria:instalação, fiabilidade/ manutenção, fundações

Retorno de capital em <10anos difícil


Processos de lincenciamento morosos e não uniformes país por país

LicenciamentoLicenciamento

Apesar de grandes esforços de facilitar instalação, no Reino Unido (UK) são estimados 6-14 anos até construção e comissionamento

Passos de licenciamento em Espanha semelhantes a UK

Devido às metas políticas, em geral há confiança nos processos futuros


Impacto visual

• A partir de 15km distância, impactos virtualmente inexistentes

Aspectos ambientaisAspectos ambientais

Perturbação sonora de mamíferos marinhos

• Até há data não foram detectados problemas, a monitorizar

Aves marinhas; conflito com rotas de migração

• Aparentemente escolhem rotas alternativas (grande escala?)

Campos electromagnéticos migração peixes

• Poderá ser relevante para cabos submarinos monitorização

Aceitação pública terá papel fundamental

• Iniciativas populares/moções podem significar obstáculos fortes

• Existem estudos concretos de ‘externalidades’ usar argumentos


Players tradicionais de energia com experiência mais relevante:

Dong (Dk): 545MW em 5 parques (4 grandes; Dk, UK)

Vattenfall (S, Dk, D): 425MW em 3 parques grandes (S, Dk)

Nuon (NL): 127MW (envolvimento dessde 1994)

Shell (NL): 108MW (participação em vários

E.ON (D, UK): 64MW em 2 parques (UK)

PrincipaisPrincipais Actores de MercadoActores de Mercado

Players principais no mercado no futuro próximo (até ~2012):

E.ON (D, UK): pariticipação em > 3.4 GW (UK, D)

Dong (Dk): pariticipação em > 2,1 GW (UK, D, Dk)

Airtricity (IE): pariticipação em > 1,3 GW (D, UK, NL)

Vattenfall (S, Dk, D): pariticipação em > 1,2 GW (D)

Shell (NL): pariticipação em > 1 GW (UK – London Array); outros

Centrica, EWE, RWE, EDF, Statoil Hydro, Evelop, Enertrag, Nuon,...


Recurso médio-alto• U_10(média) ~ 7 m/s

Portugal: Mercado do Futuro?Portugal: Mercado do Futuro?

Águas profundas• Linha batimétrica dos 50m bastante perto da costa

• Poucos locais de ‘primeira escolha’

Legislação inexistente, mas possíveis sinergias com energia das

ondas

Águas profundas (50m) não

foram investigadas Grande potencial para parques flutuantes


Concept under development in Portugal - WindFloat


Mercado eólica offshore está em pleno arranque

ConclusõesConclusões

“Future Vision –wind farm of 10 x 100 MW multi rotors surrounded by wave energy devices thereby operating in becalmed waters?”

(Garrand Hassan...)

Locais preferenciais “ocupados”; oportunidades de mercado existem sobretudo em parcerias

Existe potencial relevante de redução de custos

‘Fundações’ flutuantes solução promissora em ‘breve’

eólica offshore: estado tecnológico e perspectivas do mercado

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