Avançando as fronteiras da otimização do projeto estrutural aplicado a turbinas eólicas offshore fixas

Resumo

As discussões sobre gases poluentes e o uso de fontes não renováveis têm levado a um deslocamento dos investimentos do setor energético para alternativas sustentáveis, como as turbinas eólicas offshore (OWTs, na sigla em inglês). Os crescentes investimentos vistos no exterior também devem ocorrer no Brasil em um futuro muito próximo, e torna-se essencial que esse processo seja apoiado por pesquisas acadêmicas que sustentem seu desenvolvimento contínuo. Nesse contexto, os métodos de otimização topológica estrutural surgem como uma ferramenta potencial para ultrapassar esses limites e remodelar a tecnologia eólica como um todo. Este projeto visa desenvolver uma plataforma de otimização topológica considerando a interação fluido-estrutura e solo-estrutura para OWTs fixas. Duas abordagens principais são propostas: domínios de projeto definidos por componentes estruturais individuais - ou seja, apenas a torre, peça de transição ou fundação - ou peças múltiplas como um problema integrado, este último pouco explorado na literatura. Os resultados esperados incluem as primeiras estruturas OWTs fixas otimizadas usando uma abordagem de interação verdadeiramente fluido-estrutura no contexto de otimização de topológica, conhecida como projeto ``molhado". Os resultados devem indicar se nossos projetos atuais estão na direção ideal ou podem ser significativamente melhorados. A estrutura, o solo e a física dos fluidos serão simulados pelo Método dos Elementos Finitos. As condições extremas de carregamento são um desafio. Esta pesquisa pretende empregar modelos com a maior fidelidade possível, por exemplo, simplificando simulações extremamente custosas (como carregamento de ondas), e avaliar os projetos otimizados com as ferramentas internas e especializadas do Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da USP e o pacote OpenFAST. O otimizador será baseado em programação linear inteira sequencial, uma ferramenta de última geração desenvolvida por nosso grupo para otimização multifísica. Esta pesquisa está alinhada e será apoiada pela FAPESP - Shell Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa , que proporcionará infraestrutura e disseminação de pesquisa por meio de seus parceiros acadêmicos e industriais do setor de energia.