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O objectivo principal deste projeto é desenvolver Sistemas Aéreos de Energia Eólica (AWES) de forma a obter uma operação totalmente autónoma. Para atingir este objectivo, o maior desafio a superar é o desenvolvimento de um método de Descolagem e Aterragem Automática (ATOL) para aeronaves presas por cabo.
AWES são mecanismos que convertem a energia eólica em eletricidade usando veículos aéreos (referidos como aeronaves ou kites) ligados ao solo por um cabo. Esta tecnologia visa substituir a estrutura pesada da torre e fundação dos aerogeradores convencionais por um simples cabo que, aliado a um considerável corpo de conhecimento de engenharia desenvolvido pela comunidade AWE, é capaz de manter as aeronaves no ar e gerando eletricidade. Consequentemente, o AWES pode reduzir substancialmente o uso de material e fornecer acesso ao vento em altitudes mais altas, onde é mais forte e consistente.
A Agência Internacional de Energias Renováveis [R1] e a Direção-Geral para a Investigação e Inovação da Comissão Europeia [R2] classificaram esta área tecnológica como potencialmente transformadora do paradigma da conversão eólica offshore.
O Departamento de Energia dos EUA publicou recentemente um relatório ao Congresso sobre os Desafios e Oportunidades para a Energia Eólica Aérea [R3]. Um número crescente de grupos de investigação e empresas start-up, agora mais de 60 na Europa e nos EUA, têm proposto recentemente diferentes conceitos de AWES, com asas flexíveis ou rígidas, com gerador no solo ou no ar, e com várias soluções ATOL (ver Figs 1-4).
Um AWES bem-sucedido e comercialmente viável terá um claro impacto social, tanto a nível nacional quanto internacional. Contribuirá para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável 7, 9 e 13 da ONU com uma solução de geração de eletricidade que (i) promove a energia sustentável, (ii) promove a industrialização e inovação sustentáveis e (iii) ajuda a combater as mudanças climáticas.
Além disso, ao substituir uma estrutura pesada p  |
Resumo
O objectivo principal deste projeto é desenvolver Sistemas Aéreos de Energia Eólica (AWES) de forma a obter uma operação totalmente autónoma. Para atingir este objectivo, o maior desafio a superar é o desenvolvimento de um método de Descolagem e Aterragem Automática (ATOL) para aeronaves presas por cabo.
AWES são mecanismos que convertem a energia eólica em eletricidade usando veículos aéreos (referidos como aeronaves ou kites) ligados ao solo por um cabo. Esta tecnologia visa substituir a estrutura pesada da torre e fundação dos aerogeradores convencionais por um simples cabo que, aliado a um considerável corpo de conhecimento de engenharia desenvolvido pela comunidade AWE, é capaz de manter as aeronaves no ar e gerando eletricidade. Consequentemente, o AWES pode reduzir substancialmente o uso de material e fornecer acesso ao vento em altitudes mais altas, onde é mais forte e consistente.
A Agência Internacional de Energias Renováveis [R1] e a Direção-Geral para a Investigação e Inovação da Comissão Europeia [R2] classificaram esta área tecnológica como potencialmente transformadora do paradigma da conversão eólica offshore.
O Departamento de Energia dos EUA publicou recentemente um relatório ao Congresso sobre os Desafios e Oportunidades para a Energia Eólica Aérea [R3]. Um número crescente de grupos de investigação e empresas start-up, agora mais de 60 na Europa e nos EUA, têm proposto recentemente diferentes conceitos de AWES, com asas flexíveis ou rígidas, com gerador no solo ou no ar, e com várias soluções ATOL (ver Figs 1-4).
Um AWES bem-sucedido e comercialmente viável terá um claro impacto social, tanto a nível nacional quanto internacional. Contribuirá para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável 7, 9 e 13 da ONU com uma solução de geração de eletricidade que (i) promove a energia sustentável, (ii) promove a industrialização e inovação sustentáveis e (iii) ajuda a combater as mudanças climáticas.
Além disso, ao substituir uma estrutura pesada por uma estrutura mais leve combinada com software, a AWE é um exemplo claro de transformação digital. A investigação em AWES é cientificamente relevante, fomenta a inovação, a formação avançada e a formação em áreas-chave da engenharia elétrica e informática, como automação, controlo e energias renováveis, bem como em engenharia aeronáutica e engenharia mecânica.
Este projeto baseia-se num projeto anterior da FCT, o UPWIND (2018-22), que está a desenvolver um AWES e tem vindo a afirmar o nosso grupo na comunidade internacional de AWE, ver e.g. as menções ao projeto no relatório da Comissão Europeia [R2], no livro AWE [R4, Fig. 2], ou os dois artigos em revista numa edição especial sobre AWE [T1,T2]. Nossa abordagem atual utiliza asas rígidas fixas, geração no solo, decolagem e aterragem horizontal convencional, com decolagem assistida puxando o cabo contra o vento. No atual nível de desenvolvimento, o sistema alcança operação autonoma durante a fase de produção e durante a fase de recuperação, mas ainda é operado remotamente durante a descolagem e aterragem.
Para alcançar uma operação totalmente autónoma, é necessário o desenvolvimento de um esquema ATOL confiável. As soluções que estão sendo investigadas por outros grupos de AWE incluem (i) TOL vertical (VTOL) com múltiplos rotores, (ii) Decolagem Assistida por Catapulta e Recuperação de Barreira (CATOBAR) e (iii) TOL circular (CTOL). Neste projeto, iremos focar os nossos esforços na solução CTOL. Esta é a solução menos estudada, mas que achamos particularmente promissora devido ao seu maior potencial de inovação e também a mais adequada para ser usada com sistemas multi-kite de pequena escala.
Embora o esquema ATOL seja o principal foco e desafio, durante o projeto iremos pesquisar e desenvolver vários outros aspetos para melhorar o nosso AWES atual, nomeadamente através do redesenho dos kites e módulos da estação terrestre, o design dos sistemas de controlo durante cada um dos diferentes fases de operação (lançamento, pairar, geração, recuperação, pouso) e durante a transição entre elas. Também analisaremos caminhos para a exploração económica da tecnologia.
Nossa equipe reúne expertise de nível internacional em automação, controlo, otimização, energia eólica, eletrónica de potência, conversão de energia, experiência comprovada em sistemas robóticos, bem como o know-how líder nacional em AWES. Esta equipa, juntamente com os recursos previstos, encontra-se nas melhores condições para ultrapassar os desafios propostos e fornecer aquilo que acreditamos ser um contributo valioso e disruptivo para a I&D em energias
renováveis. |