APROVEITAMENTO DA ENERGIA DAS ONDAS: PANORAMA E PERSPECTIVAS

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1 APROVEITAMENTO DA ENERGIA DAS ONDAS: PANORAMA E PERSPECTIVAS António F. O. Falcão ENERGIAS RENOVÁVEIS

2 Aproveitamento da Energia das Ondas: Quando e onde começou? Mais de mil patentes desde o Séc. XIX Yashio Masuda, Japão, desde 1940s Sistema de coluna de água oscilante Bóias de sinalização com energia das ondas, comercializadas desde 1965, Marinhas Japonesa e Americana. Para aproveitamento em grande escala, pós crise : Steven Salter (Edimburgo), artigo na revista Nature, 1974 Programa Britânico de Energia das Ondas, Programa Norueguês, Envolvimento de outros países (Japão, Suécia, USA, )

3 Aproveitamento da Energia das Ondas: Como começou em Portugal? 1 Poucos anos depois do início na Europa: 1975: Agnelo David e a coluna de água oscilante (apoio do IST e LNEC) 1976: Início de I&D no IST: António Falcão 1976-, António Sarmento 1977-, Luís Gato 1982-, Sistema de coluna de água oscilante Estudos hidrodinâmicos Desenvolvimento de equipamento (turbina de ar tipo Wells) 1983: Início de I&D no LNETI-INETI: Maria Teresa Pontes 1983-, O recurso energético das ondas

4 Aproveitamento da Energia das Ondas: Como começou em Portugal? 2 Primeira presença no estrangeiro da I&D portuguesa: 1980: comunicação pioneira sobre a modelação teórica do sistema de coluna de água oscilante, Congresso IUTAM, Toronto, Canada 1980: primeiros ensaios do sistema de coluna de água oscilante, em canal de ondas, IST-LNEC (financiamento DGE) 1982: primeiros estudos aerodinâmicos sobre a turbina Wells, IST (primeiro artigo em revista internacional 1984) : estudo do clima de ondas em Portugal, LNETI : construção e ensaio dum sistema de coluna de água oscilante, esc. 1:7, IST (ensaios aerodinâmicos da turbina), IST-LNEC (canal de ondas)

5 O início da aventura dos Açores Setembro de 1986: Empresa de Electricidade dos Açores (EDA) promove visita de prospecção às ilhas (LNETI, IST, Prof. D. Mollison) 30 de Setembro de 1986: visita a Porto Cachorro, Ilha do Pico 1987-, Porto Cachorro, Ilha do Pico, EDA, IST, INETI, IH: Medições de ondas Levantamento hidrográfico e batimétrico Levantamento batimétrico Estudos preliminares para uma centrao CAO (envolvimento da Profabril)

6 Em Portugal e na Europa 1985: IUTAM Symposium on Hydrodynamics of Wave Energy Utilization, em Lisboa. Início da colaboração de Portugal com outros países. 1986: Portugal ingressa na União Europeia. 1991: Comissão Europeia inclui Energia das Ondas no Programa JOULE. 1991: Primeiros projectos Europeus em Energia das Ondas. Portugal lidera 2 dos 5 projectos preliminares: Recurso Energético da Europa (INETI) Estudos preliminares para uma Central Piloto Europeia (IST)

7 THE WAVE ENERGY RESOURCE SOLAR ENERGY WIND ENERGY WAVE ENERGY Typical wave power levels (annual average): Offshore, in deep water: kw/m Close to coastline: lower values depending on bottom slope local water depth (wave breaking) seabed roughness (bottom friction) shoreline shape (diffraction, refraction)

8 Distribuição mundial do nível de energia das ondas Valores médios anuais em kw/m (em águas profundas)

9 From: European Wave Energy Atlas (INETI)

10 POTENCIAL ENERGÉTICO APROVEITÁVEL EM PORTUGAL Recurso bruto offshore (50 m de profundidade): 500 km 30 MW/km = 15 GW (média anual) = 130 TWh/ano Aproveitamento tecnicamente viável (500 km): 130 (10 a 15%) = 1,3 a 2 TWh/ano Potência instalada (500 km) (factor de carga 0,25): 6 a 9 GW Potência instalada (1/3 da costa = 166 km): 2 a 3 GW Investimento (1 M por MW instalado): 2000 a 3000 M Comparação com Eólico (plano para 2010): 4,5 GW

11 Energia das Ondas: o Presente e o Futuro Contrastes com a energia eólica Em competição, variados tipos de sistemas, em diversos estados de desenvolvimento. Imprevisível qual ou quais irão triunfar. Sistemas em geral mais complexos. Acesso para manutenção nos sistemas offshore. Não aplicável começar por sistemas pequenos e depois aumentá-los. Desenvolvimento com protótipos no mar essencial, mas difícil e dispendioso (ex. Pico, AWS, Pelamis, etc.).

12 Entre os pioneiros na Europa: I & D desde 1978 (IST), 1981 (INETI). Intensa colaboração europeia. Bom domínio da tecnologia dos sistemas na costa (OWC). Realizações: Em Portugal centrais OWC no Pico, em Islay (Escócia); alguma participação no AWS; início I&D (colaboração) em outros sistemas offshore; Atlas Europeu da Energia das Ondas. Grande interesse de empresas estrangeiras (boas condições naturais, tarifa elevada em Portugal). Interesse crescente de (algumas) empresas portuguesas.

13 Objectivos Aproveitar recurso energético endógeno e/ou Criar tecnologia (uso interno ou exportação) Energia eólica Energia das ondas Aproveitar recurso Criar tecnologia Aproveitar recurso Criar tecnologia Portugal XX 0 (?) XX (?) (???) Holanda 0 X (?) Dinamarca XXX XXX Reino Unido XX (?) XXX (?)

14 Energia das ondas em Portugal: será possível criar tecnologia e indústria?? Exemplo da Dinamarca (energia eólica): Uma das principais indústrias nacionais. Grande peso nas exportações. Exemplo do Reino Unido: Plano de apoio à tecnologia britânica. The Carbon Trust (2004): UK to become a global leader in marine energy technology. Criação de infraestruturas de teste (ondas e correntes) (2004). Apoio governamental em marketing internacional agressivo (incluindo em Portugal!).

15 Em Portugal: Criar um Plano Estratégico de Energia das Ondas?? Ou planear (?) como na Energia Eólica?? Como suprir a falta de tradição empresarial em inovação (em áreas de risco e resultados a médio prazo)?? Haverá capacidade tecnológica suficiente (empresas e instituições de I & D)?? Objectivos da Martifer Energia (tecnologia própria?) OWCs na costa: Auto-suficiência em tecnologia (exemplos: Pico; projecto para o molhe na Foz do Douro). Sistemas offshore (para exploração extensiva): Tecnologia mais complexa. Desenvolvimento de tecnologia e marketing (em parceria internacional?) Campo típico de PMEs: dar apoio financeiro e tecnológico

16 Em Portugal: Comissão Estratégica dos Oceanos sobre a energia das ondas (Relatório 2004) Pontos Fortes: Recurso energético abundante; costa extensa Batimétrica dos 50m e rede eléctrica próximas da costa Disponibilidade de portos e estaleiros próximos Existência de capacidade científica e tecnológica (IST, INETI, etc.) e experiência de colaboração com equipas internacionais Existência de empresas portuguesas interessadas Tarifa específica elevada e atraente 0,25 /kwh Pontos Fracos: Tecnologia em fase de desenvolvimento, com riscos Imagem pouco favorável dos primeiros sistemas (Pico, AWS) Pouca experiência na área das inovações tecnológicas Interesse reticente da indústria nacional em correr riscos (comparado com países com maior tradição na inovação tecnológica)

17 Em Portugal: Comissão Estratégica dos Oceanos sobre a energia das ondas (Relatório 2004) (continuação) Desafios e oportunidades: Produção de energia eléctrica por fonte renovável Desenvolvimento de nova actividade industrial e oportunidades para indústrias de equipamentos e estaleiros navais Sinergias com outras aplicações oceânicas Ameaças, riscos e constrangimentos: Dificuldades associadas a um ambiente (marítimo) adverso Processos de licenciamento demorados Competição com outras renováveis (eólica, fotovoltaico)

18 Em Portugal: Comissão Estratégica dos Oceanos sobre a energia das ondas (Relatório 2004) (conclusão) Recomendações para um PROGRAMA: Manter ou criar condições favoráveis para o desenvolvimento de projectos de E. das O., nomeadamente a nível do teste no Mar de centrais-piloto e protótipos Promover o envolvimento de empresas portuguesas e instituições do sistema científico e tecnológico Reforçar as competências e capacidades nacionais nesta área e afins

19 ENERGIA DAS ONDAS: AS VÁRIAS TECNOLOGIAS

20 ENERGIA DAS ONDAS: TECNOLOGIA NÃO ESTABILIZADA SEAWEC A Central de Energia das Ondas da Ilha do Pico AquaBuoy Mighty Whale Archimedes Wave Swing Pelamis Construção Picoin situ, 1994 Wave Dragon

21 Tecnologias estabilizadas: Turbinas eólicas Turbinas hidráulicas (tipos dependem de Ω) Automóveis Tecnologias em competição: Energia Solar Colectores solares planos Colectores solares com concentração Lagos solares Energia eléctrica por via térmica (torres solares) Energia eléctrica por via fotovoltaica ENERGIA DAS ONDAS (para produção de energia eléctrica): Tecnologia não estabilizada: grande variedade de concepções em competição continuam a aparecer novas concepções não é claro qual a que irá vencer Custos unitários baixam, mas superiores aos da eólica ( 2 a 3 vezes??) À espera de um breakthrough na concepção?? Possível apanhar o combóio da tecnologia!!

22 AS VÁRIAS TECNOLOGIAS DE ENERGIA DAS ONDAS Corpos oscilantes (motor óleo-hidráulico, turbina hidráulica, gerador eléctrico linear) Flutuantes Submersos Essencialmente translação (vertical) AquaBuoy, WaveBob, etc. Essencialmente rotação PS Frog, SEAWEC, Pelamis Essencialmente translação (vertical) AWS Rotação OWSC-T (placa articulada no fundo) Coluna de água oscilante (turbina de ar) Isolada Pico, LIMPET Estrutura fixa Integrada em quebra-mar Sakata, Foz do Douro Estrutura flutuante Mighty Whale, BBDB, Energetech Galgamento (run up) (turbina hidráulica de baixa queda) Na costa (com concentração) TAPCHAN Estrutura fixa Em quebramar (sem concentração) vários Estrutura flutuante (com concentração) Wave Dragon

23 ENERSIS encomendou 3 unidades (a instalar em 2006) PELAMIS (Escócia) Situação: ensaio de protótipo Sistema articulado flutuante Sistema de conversão: oleo-hidráulico Diâmetro 3,5m; comprimento 4 30 = 120m Potência kw = 750 kw

24 WAVE DRAGON (Dinamarca) Situação: ensaio de modelo 1:4 em mar protegido Tipo: flutuante, overtopping Largura (full-size): cerca de 350 m Sistema de conversão: turbinas hidráulicas Potência (full-size): vários MW em mar energético??

25 ARCHIMEDES WAVE SWING (AWS), (Holanda) Situação: ensaio de protótipo em Portugal Sistema submerso com chapéu oscilante Sistema de conversão: gerador eléctrico linear Potência (do protótipo): 1 MW (média, 2 MW instantâneo)

26 AQUABUOY (vários países) Situação: adiantada de desenvolvimento Sistema de corpo oscilante flutuante Sistema de conversão: hidráulico, com bomba de mangueira e turbina de água Diâmetro da bóia: 7 a 12 m?? Potência: 200 a 300 kw??

27 Corpo flutuante com rotação, com oscilador interior PS Frog (UK) SEAREV (França)