As inovações de corrente contínua da sua equipe estão ajudando a realizar um trabalho monumental de engenharia elétrica, que está sendo montado na costa espanhola: a plataforma conversora DolWin kappa, de 56 metros, 11.000 toneladas e a primeira plataforma offshore do mundo a ser equipada com painéis de distribuição elétrica em corrente contínua, isolados a gás, de última geração.
A costa ao sul da Espanha têm sido um dos locais míticos de civilizações desde tempos imemoriais: reza a lenda que o próprio semideus grego Hércules fundou a cidade costeira de Cádis, perto do Estreito de Gibraltar.
Se você virar o olhar para leste, no pitoresco centro histórico de Cádis, poderá avistar no horizonte uma enorme estrutura de aço – que é o resultado de um verdadeiro trabalho tecnológico de Hércules. É aqui que a empreiteira espanhola Dragados Offshore S.A. e a Siemens Energy estão construindo a plataforma conversora DolWin kappa.
A DolWin kappa é a peça central da TenneT, na principal operadora de rede elétrica offshore verde da União Europeia, o sistema de conexão de rede elétrica DolWin6, um link de 900 megawatts que garantirá à TenneT, operadora do sistema de transmissão da rede de alta tensão na Holanda e grande parte da Alemanha, o transporte de energia eólica offshore gerada no Mar do Norte alemão para a costa. Quando estiver comissionada, a plataforma subirá cerca de 56 metros acima do Mar do Norte – a altura de um edifício de 18 andares. Seu peso total de 11.000 toneladas é sustentado por 10 colunas de aço ancoradas até 50 metros no fundo do mar.
Estamos falando de até 15.000 componentes em 200 subsistemas que devem ser integrados.
Maria Kosse
Engenheira-chefe de HVDC, da Siemens Energy
A DolWin Kappa receberá corrente alternada de vários parques eólicos e a converterá em corrente contínua. Esta é a única forma de transportar a eletricidade ao longo de 90 quilômetros até o ponto de conexão à rede na costa, com o mínimo de perdas possíveis. Na costa, a energia será convertida novamente em corrente alternada por uma segunda estação conversora para que a eletricidade possa ser alimentada na rede elétrica e transportada para as residências.
Trata-se de uma interação complexa de uma ampla variedade de tecnologias para transmissão de energia: "Estamos falando de até 15.000 componentes em 200 subsistemas que devem ser integrados", disse a Dra. Maria Kosse, da Siemens Energy. Como engenheira líder trabalhando em sistemas de conexão à rede elétrica, seu trabalho é garantir que todos os componentes da plataforma do conversor interajam perfeitamente. Do coração da plataforma do conversor, aos conversores de transmissão de corrente contínua em alta tensão (HVDC), até o cérebro da plataforma, os sistemas de controle e proteção, que precisam processar aproximadamente 400.000 sinais, todas as funções e tecnologias devem funcionar adequadamente para levar energia verde a todos os lares. Porém, não é o cérebro, nem o coração da plataforma conversora que faz os olhos de Maria brilharem, e sim uma tecnologia extraordinária.
Maria mostra o interior da plataforma conversora DolWin kappa. Em agosto de 2022, a plataforma iniciou sua jornada para o Mar do Norte. Como parte de um sistema de acesso à rede elétrica de 900 megawatts, ela abastecerá mais de um milhão de residências na Alemanha com energia eólica verde.
Na DolWin kappa, um painel de distribuição de corrente contínua (DC GIS) isolado a gás está sendo usado em uma plataforma offshore pela primeira vez no mundo. Responsável pelo desenvolvimento de painéis de distribuição até ±550 kV, Maria acompanhou o DC GIS desde a fase inicial, em 2016, até seu teste de comissionamento bem-sucedido no estaleiro de Cádis, em 2021.
Para a conexão de parques eólicos em instalações offshore, onde o espaço é algo muito precioso, o DC GIS oferece uma vantagem decisiva: enquanto um painel de distribuição isolado a ar comparável na configuração padrão exigiria 4.000 metros cúbicos, o DC GIS requer apenas 200 metros cúbicos. Além disso, ele não requer uma sala dedicada nas plataformas, pois pode simplesmente ser adicionado a outra sala de tecnologia.
Com o requisito de espaço reduzido em até 95%, Maria e sua equipe abriram novos caminhos em tecnologia de isolamento para fornecer uma das tecnologias de maior economia de espaço e, portanto, de custo no acesso à rede elétrica para a energia eólica offshore, possibilitando a construção de plataformas conversoras como a DolWin kappa da forma mais compacta possível, economizando recursos valiosos.
Relâmpago estrondoso que levou a uma carreira brilhante
Maria soube desde cedo que queria ser engenheira: durante um estágio escolar de duas semanas na sala de testes de alta tensão da Universidade Técnica de Dresden, ela descobriu seu amor pela engenharia elétrica. "Eu vi um raio e ouvi um som alto e estrondoso. Aí pensei: uma descarga elétrica dessas é simplesmente linda”, disse Maria rindo. “Após os primeiros dias do meu estágio, eu simplesmente sabia: é isso o que eu quero fazer! É isso que eu quero estudar!"
Essa determinação resoluta, que no início ainda era considerada por familiares e amigos uma paixão infantil de uma adolescente de 15 anos de idade após um estágio, acabou sendo o ponto de partida para uma carreira com propósito: seguiram-se outros estágios na Universidade Técnica de Dresden enquanto ela ainda estava na escola e, logo após a formatura, Maria iniciou seus estudos de graduação em engenharia elétrica lá e ganhou mais experiência no exterior durante um semestre na Universidade Politécnica Estadual de São Petersburgo, na Rússia.
Durante um estágio de meio ano na China, ela obteve sua primeira experiência prática com o tópico de conversores de transmissão de corrente contínua em alta tensão (HVDC) para a conexão Ningdong-Shandong com um sistema HVDC. O tema a atraiu, “a tecnologia tem tantas vantagens e eu realmente tive a sensação de que ainda poderia descobrir algo mais”, explicou.
E havia realmente mais a ser descoberto: embora a ampla gama de tópicos abordados em seus estudos básicos seja especialmente benéfica hoje em seu papel como engenheira sênior, Maria também sabia que queria ser mais específica depois de obter seu diploma na área de tecnologia de alta tensão e decidiu fazer um doutorado. O tema de sua tese: comportamento de uma abertura de arco em sistemas de isolamento gás-sólido sob o estresse de tensão em CC.
A corrente contínua é paciente
Nos testes que realizou como parte de sua tese, uma questão central foi: em que nível de tensão e depois de quanto tempo ocorre uma falha ou abertura de arco elétrico, ou seja, em que ponto o sistema de isolamento do painel de distribuição se torna condutor, perdendo sua capacidade de isolamento? Ao experimentar várias durações de estresse de tensão, Maria observou as diferenças entre a aplicação de tensão CA e CC ao sistema de isolamento. E a corrente contínua é paciente:
Somente com testes de longa duração, Maria conseguiu provar experimentalmente que o campo elétrico no DC GIS está mudando: “Comparado ao AC GIS, o sistema isolante gás-sólido DC GIS é exposto a um campo eletrostático no momento da energização, seguido de uma transição de campo para um campo de fluxo elétrico que é fortemente influenciado por diversos fatores, como os materiais utilizados e sua temperatura”.
Após terminar seu doutorado, Maria liderou o desenvolvimento do DC GIS na Siemens Energy, e estes foram insights importantes: embora o DC GIS seja baseado na comprovada tecnologia AC GIS da empresa, um novo isolador precisava ser desenvolvido e testado para administrar esses aspectos específicos de CC. E, com sua ampla formação e experiência em engenharia de alta tensão na universidade, ela também foi capaz de realizar vários testes do DC GIS e, quando necessário, também colocar a mão na massa com o equipamento – às vezes para surpresa dos seus colegas.
Quando Maria fala sobre os desafios de trabalhar em áreas dominadas por homens, isso vai desde roupas de trabalho, com tamanhos principalmente voltados para os homens, até o fato de que muitos colegas questionam as habilidades de uma jovem engenheira - resultando no sentimento de ter que provar sua capacidade várias vezes. Ao focar com confiança em suas próprias habilidades técnicas e desafiar a si mesma e aos outros para continuar desenvolvendo-as, Maria ajuda a superar os estereótipos de gênero e é um modelo para outros jovens engenheiros, mostrando a eles como o campo pode ser estimulante, aumentando sua probabilidade de se tornarem também inovadores.
Maria Kosse acompanhou o desenvolvimento do DC GIS para o projeto DolWin kappa desde o início. Agora, o sistema está sendo usado em uma instalação offshore pela primeira vez.
Indo além dos limites tecnológicos
E agora? O desenvolvimento nunca para: a primeira geração de DC GIS estava disponível até ± 336 kilovolts (kV) e, hoje, já temos disponível até ± 550 kV – uma progressão essencial na tecnologia para poder realizar conexões de rede ainda mais poderosas com até dois gigawatts de capacidade de potência no futuro.
Não muito distante de Cádis, diz a lenda que Hércules colocou a inscrição latina Non plus ultra, traduzido para o português como "Nada além", na saída do Mar Mediterrâneo para demarcar o fim do mundo como o conhecemos. Tendo como pano de fundo a mudança do clima, o cenário energético está sendo completamente repensado em todo o mundo e os limites do conhecimento em tecnologia precisam ser rompidos repetidamente – assim como Maria e sua equipe fizeram com o desenvolvimento do DC GIS. Hoje, Maria ainda continua trabalahndo na padronização da tecnologia DC GIS dentro de organizações técnicas internacionais, como CIGRE e IEC, e os engenheiros da Siemens Energy já estão trabalhando na próxima geração do DC GIS que usa ar limpo, que é neutro em termos de clima, um ar purificado industrialmente, ao invés de gases fluorados para tornar o transporte da energia eólica ainda mais verde.
Porque uma coisa está clara: se não conseguirmos integrar com eficiência as energias renováveis em nossos sistemas de energia e, assim, limitar a mudança climática global, nós realmente marcaremos o fim do mundo, como o conhecemos.
Agosto de 2022
Christina Hümmer trabalha no departamento de Comunicação da Siemens Energy.
Créditos combinados de imagem e vídeo: Siemens Energy; TenneT
