O que são os cabos submarinos?
Por que os cabos submarinos são essenciais para a interconexão das redes elétricas em todo o mundo?
Os cabos submarinos de transmissão de energia elétrica são uma ferramenta fundamental para transição energética, já que permite que grandes volumes de eletricidade sejam transportados de forma eficiente e segura através de mares e oceanos. Graças à sua tecnologia avançada e à sua contribuição para a integração de energias renováveis, esses cabos estão promovendo um sistema de energia mais sustentável e interconectado. Saiba como eles funcionam, seu processo de instalação, sua contribuição para a transição sustentável e as possibilidades de uso no futuro.
Os cabos submarinos não são visíveis, mas estão mais presentes no mundo e no nosso cotidiano do que imaginamos. Atualmente, milhões de quilômetros dessas infraestruturas atravessam o planeta sob grandes massas de água para facilitar conexões instantâneas entre continentes, empresas e pessoas.
Embora essas infraestruturas sejam especialmente fundamentais em setores como o de telecomunicações (Internet, telefonia e transmissão de dados), suas funções são importantes para garantir o fornecimento de energia elétrico em todo o mundo, especialmente para grandes consumidores, como a indústria e a eletrificação do transporte. Sua própria definição explica o papel-chave que desemprenham no contexto da transição energética:
Os sistemas de cabos elétricos submarinos são infraestruturas projetadas para transportar energia em altíssima tensão por mares e oceanos, conectando parques eólicos offshore às redes terrestre, interligando sistemas elétricos de diferentes países ou até mesmo fornecendo energia elétrica a áreas remotas. Fabricados com materiais altamente resistentes e protegidos por blindagem metálica , esses cabos permitem uma transmissão eficiente e seguro de eletricidade, minimizando perdas e reforçando a estabilidade do fornecimento em longas distâncias.
Grande parte da história dos cabos submarinos está ligada ao desenvolvimento das telecomunicações, com experiências pioneiras relacionadas ao surgimento do telégrafo na metade do século XIX. No entanto, o primeiro cabo submarino que transportou energia elétrica foi instalado no rio Isar, na Baviera, em 1811, segundo a European Subsea Cables Association (ESCA). Desde então, esses sistemas submarinos evoluíram graças aos avanços tecnológicos, aumentando cada vez mais sua capacidade e comprimento.
Como os cabos submarinos funcionam para transmitir energia?
De acordo com sua definição técnica, os cabos submarinos de energia são capazes de transmitir eletricidade em alta tensão através de mares e oceanos e, assim, conectar diferentes redes elétricas e infraestruturas do setor de energia.
Esses cabos geralmente têm diâmetros entre 70 mm e mais de 210 mm, e são fabricados em duas modalidades principais: corrente alternada (HVAC) ou corrente contínua (HVDC). A escolha do tipo de corrente depende muito da distância a ser percorrida, da tensão necessárias, da capacidade de transmissão e da sincronização com a rede elétrica existente. Habitualmente, sistemas em corrente alternada são mais econômicos para percursos inferiores a 80 quilômetros, enquanto os sistemas em corrente contínua oferecem desempenho superior para maiores distâncias. Progressivamente, estão sendo introduzidas tensões mais altas para ampliar ainda mais seu alcance.
Anatomia de um cabo submarino de energia
As condições da instalação e as características da infraestrutura determinam o tipo de cabo submarino que será utilizado. Conheça os principais componentes de dois dos exemplos mais usados em instalações de corrente alternada e corrente contínua.
Fonte: European Subsea Cables Association.
O funcionamento de cabos submarinos está integrado ao processo de geração e transmissão de energia elétrica. Podemos destacar alguns passos essenciais desse processo:
Geração de eletricidade
A energia elétrica é produzida em uma fonte específica, que pode ser uma usina elétrica em terra ou um parque eólico em alto-mar.
Conversão de eletricidade (se for usado HVDC)
Se a tecnologia HVDC (High Voltage Direct Current — corrente contínua de alta tensão) for usada para aumentar a estabilidade e reduzir as perdas elétricas em longas distâncias, a energia gerada em corrente alternada é convertida em corrente contínua por meio de estações conversoras.
Transporte de eletricidade pelo cabo submarino
A energia elétrica percorre um condutor de cobre ou alumínio protegido por múltiplas camadas de isolamento e blindagem. O cabo é colocado sob grandes massas de água.
Proteção e manutenção durante a transmissão
Para evitar perdas e danos, o cabo é projetado com isolamento elétrico, blindagem metálica e armaduras de aço. Além disso, é monitorado em tempo real para identificar eventuais falhas ou anomalias.
Conversão da eletricidade (se for usado HVDC)
Quando chegar à terra, caso tenha sido usado o sistema HVDC (corrente contínua), a eletricidade é novamente convertida em corrente alternada para ser integrada à rede elétrica do consumidor.
Transmissão para a rede elétrica
Por último, a eletricidade é levada às subestações, onde a tensão é adaptada conforme as necessidades dos consumidores, garantindo um fornecimento seguro, eficiente e estável.
Diferenças entre cabos submarinos de energia e de telecomunicações
Enquanto os cabos submarinos de telecomunicação são projetados para transmitir sinais de dados por meio de fibras ópticas, os cabos de energia transmitem eletricidade em uma tensão muito alta. Os primeiros são mais finos e mais leves; já os cabos de energia são mais robustos e pesados, com camadas de isolamento e blindagem que permitem suportar as condições intensas do oceano.
Outra diferença importante é o uso de repetidores. No caso dos cabos de telecomunicações, esses equipamentos são essenciais para amplificar os sinais ópticos ao longo do percurso, enquanto os cabos submarinos de energia não empregam esses repetidores tradicionais. Em vez disso, utilizam estações conversoras instaladas nas extremidades das rotas para transformar a corrente e otimizar a transmissão. Essas estações são baseadas em tecnologias avançadas de eletrônica de potência.
Como é o processo de instalação de um cabo no fundo do mar?
A instalação de cabos submarinos é um processo complexo que pode levar vários anos, desde a etapa inicial de planejamento até a entrada em operação. Sua montagem e manutenção exigem alto nível de tecnologia e logística especializada. Estas são algumas das principais fases desse processo:
1 Estudo e seleção da rota
Primeiramente, é realizado um estudo detalhado do fundo do mar por meio de pesquisas geotécnicas e mapeamento submarino. São analisados fatores como profundidade, atividade sísmica, presença de ecossistemas sensíveis e tráfego marítimo para definir a rota ideal, garantindo a segurança e a eficiência da instalação.
2 Fabricação e teste de cabos
Uma vez definida a rota, os segmentos do cabo são fabricados. Cada trecho passa por rigorosos testes de resistência mecânica, isolamento elétrico e durabilidade antes do transporte para o local de instalação.
3 Transporte e implantação do cabo
O cabo é carregado diretamente da fábrica em navios especializados (navios cabeleiros ou cable laying vessels), equipados com grandes bobinas, sistemas de posicionamento avançados e ferramentas submarinas robotizadas operadas remotamente. Durante a instalação, o navio segue a rota planejada e deposita o cabo lentamente no fundo do mar.
Sempre que possível, é preferível enterrar os cabos no leito marinho para protegê-los contra danos. O método mais utilizado é o arado submarino (cable ploughing).
4 Conexão e testes finais
Após a instalação completa, são realizadas as conexões nas estações conversoras situadas nas extremidades do cabo e efetuados testes de transmissão elétrica para verificar o funcionamento correto antes da entrada em operação definitiva.
Fonte: European Subsea Cables Association, ZMS Cable.
Danos e reparo em cabos submarinos de energia
A fabricação e instalação de cabos submarinos exigem precisão e cuidados rigorosos para garantir o cumprimento de suas funções sem serem afetados por circunstâncias externas. Qualquer falha significativa em um cabo submarino de energia pode provocar sérias consequências para a estabilidade de uma rede elétrica. Em interconexões internacionais, um dano poderia causar apagões ou sobrecarga em outras linhas; já em regiões que dependem exclusivamente desses cabos, como ilhas ou áreas isoladas, uma interrupção pode levar a uma crise de energia até que o serviço seja reestabelecido.
O momento de maior risco é durante a instalação. Segundo a ESCA, as tensões às quais o cabo é submetido podem gerar problemas imediatos ou mesmo após muitos anos. No entanto, após a instalação, os cabos continuam expostos a diversos perigos. As forças marítimas externas, por exemplo, podem causar danos na camada protetora e no isolamento do cabo, permitindo a entrada de água ou umidade em seu interior, o que reduz significativamente sua resistência elétrica. Portanto, a maioria dos cabos submarinos contam com medidas de impermeabilização.
Além disso, essas instalações podem ser danificadas por redes de pesca de arrasto e âncoras de navios. Muitas vezes, os proprietários de cabos combatem essa ameaça por meio de projetos de conscientização com informações sobre a localização dos cabos.
Para reparar um cabo danificado, os técnicos devem trazê-lo à superfície e separá-lo em duas partes. Geralmente, um novo pedaço de cabo é emendado para conectar as duas extremidades originais. Assim, toda vez que um cabo é restaurado, ele se torna um pouco mais longo do que quando foi originalmente instalado.
Vantagens e desvantagens dos cabos submarinos de energia
O uso de cabos submarinos tem se multiplicado nas últimas décadas, especialmente devido ao desenvolvimento de parques eólicos offshore e à melhoria da segurança do fornecimento de eletricidade entre países ou regiões. Entretanto, como qualquer infraestrutura tecnológica, eles apresentam benefícios e desafios.
Mercado
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Legalização simplificada
Os cabos submarinos exigem menos trâmite burocráticos do que as linhas terrestres, pois não cruzam propriedades privadas e não estão sujeitos a autorizações de diferentes organismos. Isso permite que projetos de grande escala, como cabos de centenas de quilômetros, avancem em prazos relativamente curtos. Um exemplo é a interconexão planejada entre Marrocos e Reino Unido para transmitir energia proveniente do sol.
Desvantagens
Alta demanda e dependência dos fabricantes
O mercado de cabos submarinos está sobrecarregado pela crescente demanda, e os principais fabricantes não conseguem atender toda a produção necessária. Isso dá grande poder a essas empresas, o que faz com que as concessionárias fechem negócios com anos de antecedência para garantir o fornecimento.
Fabricação
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Maior alcance técnico
Ao contrário dos cabos HVAC, que sofrem com grandes perdas reativas e têm alcance limitado (cerca de 120 quilômetros em 220 kV), os cabos submarinos HVDC praticamente não possuem restrições técnicas de comprimento. Isso viabiliza projetos de interconexão com milhares de quilômetros, como o atual projeto de construção de um sistema de cabos entre a Austrália e Cingapura.
Desvantagens
Infraestrutura cara e planejamento de longo prazo
A fabricação e instalação de cabos submarinos exigem grandes investimentos em fábricas costeiras e embarcações especializadas. Portanto, os fabricantes priorizam projetos de grande escala que justifiquem esses custos. Além disso, sua implementação requer um planejamento de longo prazo, com cronogramas fechados até cinco anos antes do lançamento.
Transporte e tecnologia
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Escoamento de energia a grandes distâncias
Os cabos submarinos extensos possibilitam a transmissão da energia gerada em parques eólicos localizados a mais de 120 quilômetros da costa. Embora essa opção ainda não tenha sido desenvolvida na Espanha devido à profundidade de sua plataforma continental, é fundamental para aproveitar o potencial offshore em outros países.
Desvantagens
Tecnologia em constante evolução
Os cabos HVDC estão em plena evolução tecnológica, ao contrário dos cabos em corrente alternada (CA), que já são uma tecnologia madura. Em apenas alguns anos, sua capacidade de tensão aumentou de 400 kV para 525 kV, e surgiram novas tecnologias de cabos, como P-LASER ou PPL, coexistindo ainda com métodos tradicionais, como os cabos de papel impregnado.
Energias renováveis
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Estabilidade para redes renováveis
Os cabos HVDC, quando conectados a estações conversoras HVDC-HVAC, proporcionam inércia sintética e auxiliam na regulação da frequência, tensão e potência reativa da rede. Isso é especialmente valioso em sistemas com alta penetração de energias renováveis e baixa geração síncrona, como ocorre no Reino Unido.
Cabos submarinos na eletrificação da economia (casos de uso em infraestruturas elétricas)
Os cabos submarinos de energia são infraestruturas fundamentais para a eletrificação, já que permitem a integração de energias renováveis e fortalecem a interconexão entre redes de eletricidade em diferentes países e regiões. No setor energético, destacam-se especialmente três cenários principais:
Conexão de parques eólicos offshore à rede terrestre
Interconexões de energia renovável entre regiões
Fornecimento de energia elétrica para ilhas e áreas isoladas
Conexão de parques eólicos offshore à rede terrestre
Interconexões de energia renovável entre regiões
Fornecimento de energia elétrica para ilhas e áreas isoladas
Os benefícios dos cabos submarinos em uma transição rumo a um mundo cada vez mais sustentável e renovável estão fundamentados em duas ideias principais: em sua eficiência e custo-benefício, se comparados a outras infraestruturas de transporte. Dentre as principais contribuições desses cabos destacam-se:
Redução de perdas de energia
O uso de cabos HVDC reduz significativamente as perdas elétricas em grandes distâncias e é mais eficiente do que as linhas aéreas ou subterrâneas.
Maior segurança e resistência a condições climáticas extremas
Essas infraestruturas não estão expostas a tempestades, ventos ou incêndios florestais típicos da superfície terrestre.
Economia a longo prazo
Após o custo de instalação, a eficiência energética e a redução da dependência de combustíveis fósseis fazem deles um investimento rentável a longo prazo.
Projetos da Iberdrola com cabos submarinos
Na Iberdrola, promovemos as redes elétricas como um vetor essencial para a integração de energias renováveis nos países onde estamos presentes com grandes projetos de instalação de cabos submarinos.
Destaca-se o Western Link, o projeto de conexão submarina de maior capacidade do mundo, que lançamos em 2018 por meio de nossa subsidiária ScottishPower e da National Grid, a operadora do sistema elétrico do Reino Unido. Com um investimento de 1,2 bilhão de euros, essa infraestrutura é composta por um cabo HVDC – chamado Western Link
Link externo, abra em uma nova aba. – de 850 quilômetros de extensão, sendo 770 quilômetros submarinos. A conexão une a costa oeste da Escócia à baía de Quay, no norte do País de Gales, de forma bidirecional, permitindo direcionar a energia conforme as necessidades e demandas elétricas. Essa infraestrutura aumentou a capacidade de interligação em mais de 2.200 megawatts (MW).
Além disso, já estamos com novos projetos em andamento. Entre eles está o Eastern Green Link 1 (EGL1), uma conexão elétrica de corrente contínua de alta tensão de 2 GW entre Torness, em East Lothian (Escócia), e Hawthorn Pit, em County Durham (Inglaterra). O projeto, que envolve bilhões de libras,Link externo, abra em uma nova aba. está sendo desenvolvido por meio de uma joint venture também entre a SP Energy Networks e a National Grid Electricity Transmission (NGET). Com um design multidirecional, aproveitará os recursos renováveis da Escócia para aumentar a capacidade elétrica do Reino Unido. As obras começam em 2024, com operação plena prevista para 2029, quando o projeto poderá fornecer eletricidade a cerca de dois milhões de residências.
Além disso, estamos trabalhando no projeto Eastern Green Link 4 (EGL4),Link externo, abra em uma nova aba. uma nova conexão elétrica de corrente contínua de alta tensão (HVDC) que interliga Fife, na Escócia, a Norfolk, na Inglaterra. Essas instalações e projetos desempenharão um papel fundamental na transição energética do Reino Unido rumo a emissões líquidas zero.
Tendências e futuro dos cabos submarinos no setor de energia
Os cabos submarinos estão evoluindo rapidamente para enfrentar os desafios da transição energética, o impulso pela digitalização e a crescente demanda por interconexões globais. A tendência, portanto, aponta para um crescimento dessas redes. A empresa de consultoria Mordor Intelligence estima que, no período de 2024 a 2029, o mercado de sistemas submarinos de transmissão elétrica deverá crescer a uma taxa composta anual superior a 14%.
Um dos principais fatores em seu desenvolvimento é a promoção da geração de energia eólica, com foco especial na energia eólica offshore e na redução dos custos de produção de eletricidade com essa tecnologia. Além disso, a Mordor Intelligence identifica a busca pela proteção da biodiversidade e dos ecossistemas marinhos, bem como os esforços para minimizar a pegada de grandes sistemas submarinos de transmissão de eletricidade como uma oportunidade importante para o setor. A região Ásia-Pacífico deverá impulsionar significativamente o crescimento desse mercado, devido ao aumento constante do consumo de energia elétrica nesses continentes.
Espera-se que esses estímulos também impulsionem a inovação em materiais e design, automação e digitalização, e o desenvolvimento de supercabos para dar suporte às interconexões globais.