ENERGIA MAREMOTRIZ: ASPECTOS BÁSICOS PARA GERAÇÃO DE ELETRICIDADE. Palavras-chave: Matriz Energética; Potencialidade; Energia Maremotriz.

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1 ENERGIA MAREMOTRIZ: ASPECTOS BÁSICOS PARA GERAÇÃO DE ELETRICIDADE. Mayke Feitosa Progênio (GEEPAM-UEPA) 1, Luana Lima de Freitas (GRADUANDA - UEPA) 2. Resumo Os estudos relacionados às fontes alternativas de energia apontaram que o aproveitamento da energia das marés vem ganhando espaço e, desta forma, representando uma parcela cada vez mais significativa na matriz energética mundial. O presente artigo aborda uma análise sobre os aspectos básicos de uma usina maremotriz para a geração de energia, e seus principais impactos ambientais gerados comparando-a com as usinas hidroelétricas e como também mostrando os principais estudos desta fonte de energia no Brasil. Ao final da revisão espera-se que esse trabalho sirva como incentivador e propulsor do aproveitamento das marés. Palavras-chave: Matriz Energética; Potencialidade; Energia Maremotriz. INTRODUÇÃO Como apontam Leite Neto et al (2010), os grandes desafios associados ao setor energético mundial, tais como a crescente demanda de energia e limitações relacionadas ao uso de recursos fósseis, têm proporcionado um aumento significativo no desenvolvimento e utilização de fontes renováveis de energia. Destaca-se neste contexto a energia dos oceanos, que tem sido apontada como uma das mais promissoras fontes de energia renovável (ASTARIZ & IGLESIAS, 2015), estando incluída neste grupo a energia maremotriz a qual pode ser gerada pelas marés tanto pelas oscilações de suas correntes, quanto pela diferença de altura entre maré alta e maré baixa, especialmente quando possuem uma diferença maior de 4 m. Essas condições específicas, além de outras analisadas neste trabalho, possibilitam a instalação de sistemas que extraem a energia cinética e potencial das marés para convertê-la em eletricidade (KADIRI et al., 2012). Existem poucos lugares adequados no mundo para a exploração da energia das marés. O principal fator condicionante é a altura da onda da maré, que implica na utilização de turbinas hidráulicas de baixa queda. Alguns exemplos de usinas existentes no mundo, tanto de caráter 1 Acadêmico do 5 o ano do curso de graduação em engenharia ambiental da UEPA. maykefeitosa@gmail.com 2 Acadêmica do 5 o ano do curso de graduação em engenharia ambiental da UEPA.limadefreitasluana@gmail.com

2 experimental quanto comercial, são La Rance de 240 MW na França, Annapolis de 20 MW no Canadá, Jiangxia de 3,2 MW e Kislaya de 0,4 MW na Rússia. Recentemente, com o desenvolvimento da tecnologia de turbinas de baixa queda, muitos outros locais podem ser interessantes para o aproveitamento da energia das marés (Charlier, 2003). OBJETIVOS O Brasil é um país de dimensões continentais, sendo que este que este possui uma enorme linha de costa ressalta-se que grande parte da população brasileira vive próximo ao mar (FLEMING, 2012). Dados esses aspectos, o objetivo do trabalho e mostrar os aspectos básicos e tendências da energia maremotriz no Brasil. METODOLOGIA Para analisar os aspectos básicos e tendências da energia das marés no Brasil usou-se se do método exploratório de dados e revisão bibliográfica. Na pesquisa bibliográfica foi construída através da abordagem em dissertações, teses e artigos nacionais e internacionais pertinentes ao tema para que fosse possível construir o arcabouço teórico. RESULTADOS Modos de aproveitamento da energia maremotriz. As usinas maremotrizes podem funcionar na operação de efeitos simples ou duplo, isto é, geração de eletricidade só na maré enchente ou vazante ou em ambas, aumentando a produção. Pode acontecer ou não bombeamento, durante as horas de espera, para otimizar o nível do reservatório (FERREIRA, 2007). Segundo Ferreira (2007) no simples efeito a geração pode acontecer durante a vazante da maré ou na enchente. Quando a usina funciona na vazante, em meio à baixa-mar (BM) 1 e a preamar (PM) 2 acontece o enchimento do reservatório, para que isso ocorra são mantidas as comportas abertas. Depois da preamar, fechasse as comportas, espera-se um tempo para que o desnível entre o mar-reservatório ocorra, quando a queda d água é suficiente para o início do funcionamento das turbinas, o reservatório é esvaziado, enquanto é esvaziado ocorre à geração de energia, figura1. Figura 1 - Funcionamento em simples efeito, geração na vazante 1 BAIXA-MAR (BM): Menor altura que alcançam as águas em uma oscilação. 2 PREAMAR (PM): Maior altura que alcançam as águas em uma oscilação.

3 Fonte: Díez (2002) Na geração durante a enchente da maré, o enchimento do reservatório ocorre pela turbinagem e o esvaziamento acontece com as comportas abertas, este tipo de geração a eficiência é menor do que na geração durante a vazante, sendo que o reservatório funcionará com níveis menores e o seu armazenamento de água também será menor, figura 2. Após esse período, durante 5 a 6 horas, ocorre a turbinagem da água havendo geração de energia elétrica (FERREIRA, 2007). Figura 2 Funcionamento em simples efeito, geração na enchente Fonte: Díez (2002). A energia produzida durante ambas às marés, tanto para a enchente como na vazante, é o caso de geração de duplo efeito, Figura 3. Neste caso, podem ser empregadas turbinas reversíveis, não-reversíveis com sistemas de canais e comportas ou ainda duas séries de turbinas não-reversíveis. Ainda de acordo com Ferreira (2007) a quantidade de energia convertida é menor do que no simples efeito, devido à menor diferença de níveis entre o mar e o reservatório. O rendimento também é reduzido em função da impossibilidade de aperfeiçoar

4 as turbinas e a vazão aduzida. O sistema pode ter seu rendimento otimizado fazendo com que as turbinas trabalhem em operação sem carga quando os níveis de água do oceano e do reservatório se igualam ou quando as máquinas forem usadas como bombas para aumentar ou baixar o nível do reservatório (MACINTYRE., 1983). Figura 3- A operação da usina é do tipo duplo efeito. Fonte: Hammons (1993). O fator de utilização da usina, apesar das limitações, ainda é maior que na geração de simples efeito, em cerca de 18 %. O período de geração é da ordem de 12 a 14 horas por dia, com tempos de espera de 2 a 3 horas por ciclo de maré (Díez, 2002). Aspectos técnicos Barragem Segundo Leite Neto et al (2011) a construção da barragem representa uns dos fatores mais relevantes em uma usina maremotriz, principalmente por se relacionar de forma bastante significativa com os custos totais de implantação da usina. De acordo com Clark (2007) o projeto da barragem em uma usina maremotriz deve prever uma série de condições que são especificas pra este tipo de aproveitamento, podendo citar algumas: A barragem deve prever os efeitos das ondas que se chocam contra ela, estes efeitos podem ser bastantes severos devido à variação constante de pressão entre ambos os lados; A localização e o formato da barragem podem alterar os fenômenos de ressonância e reflexão que ocorrem dentro de um estuário. Desta forma, é possível elevar ou atenuar a

5 amplitude da maré e, consequentemente, a energia produzida pela usina. Portanto, este é um fator que deve ser analisado cuidadosamente. Figura 4 - Esquema ilustrativo dos componentes de uma usina maremotriz Fonte: Massoud & Samir, (2001). Comportas As comportas empregadas na usina maremotriz operam com muito mais constância do que em uma hidrelétrica convencional, estas são incorporadas à barragem da usina, e tem a função principal de controlar o nível de água do reservatório, sendo que a freqüência em que estas são abertas está relacionada ao tipo de maré e ao modo de operação da usina. Vale ressaltar a importância que deve ser considerado no ambiente de operação das comportas, os constantes impactos das ondas e a corrosão podem resultar em problemas operacionais às comportas, assim sendo, devem ser levados em consideração (LEITE NETO et al., 2011). Reservatório A principal função do reservatório em uma usina maremotriz é o armazenamento de água, de modo a gerar a queda d água necessária para geração de eletricidade através das turbinas. Estes reservatórios podem ser reentrâncias costeiras, enseadas, corpos de águas entre ilhas e continentes, ou estuários (CHARLIER, 1982). As usinas maremotrizes de múltiplos reservatórios possuem dois ou mais reservatórios de acumulação e permitem a acumulação de água para o aproveitamento quando necessário, podendo operar como simples ou duplo efeito (JOG, 1989). Equipamentos Eletromecânicos

6 Os equipamentos destinados à conversão de energia são uma das principais parcelas que compõem o custo total de uma usina maremotriz, podendo ser responsáveis por cerca de 45 a 55% destes custos (CLARK, 2007). Ainda de acordo com Clark (2007) em uma usina maremotriz, os equipamentos eletromecânicos devem levar em consideração os seguintes fatores: A baixa queda requer um grande volume de água passando pelas turbinas resultando em grandes dimensões físicas para as passagens da água; A operação cíclica (início e parada da geração de acordo com as marés) impõe nos equipamentos geradores, fadigas maiores do que na geração convencional em hidrelétricas; Os materiais são expostos às ações corrosivas da água do mar e, portanto, precisam ser cuidadosamente selecionados e protegidos; Os tipos de turbina mais utilizada nas usinas maremotriz com barragem são as turbinas tipo Kaplan, Bulbo e a Straflo. Essas turbinas são turbinas de reação, tipo hélice aplicadas em fluxo axial, sendo que, as turbinas axiais são aplicadas em situações de baixas quedas e altas vazões (FERREIRA, 2007). Aspectos ambientais no aproveitamento de energia das marés comparada as hidroelétricas Vale ressaltar que na energia maremotriz, não há necessidade de se alagar novas áreas além daquelas anteriormente, alagadas, como geralmente ocorre nas hidroelétricas convencionais (LEITE NETO et al., 2009). Porém, quando os locais de aproveitamento estiverem inseridos em áreas de mangue, há o risco de provocar alterações no meio ambiente, já que mangues são áreas ambientalmente sensíveis. Embora estes aspectos devam ser cuidadosamente verificados, vale destacar que a intensidade em que estes podem ocorrer, varia de um local para outro, logo, é fundamental um estudo preliminar ambiental para este tipo aproveitamento energético, para que se possa frisar a sua viabilidade ambiental. Energia maremotriz no Brasil: estudo de casos No Brasil, o aproveitamento da energia maremotriz tem sido objeto de vários estudos (ANDERSON., 2006 ; FERREIRA., 2009; LEITE NETO et al., 2009, 2010, 2011; OLIVEIRA et al., 2015), cujos resultados contribuem para valorizar esta fonte de energia podendo futuramente compor a matriz energética brasileira.

7 CONCLUSÕES O Brasil apresenta uma grande potencialidade para instalação de usinas maremotrizes, ainda não exista qualquer usina maremotriz em funcionamento. Todavia encontram-se alguns pesquisadores desenvolvendo propostas de usinas-piloto, como é o caso da usina conceitual no Bacanga, situada no Maranhão. Contudo ainda existem limitações ainda presentes para utilização dessa fonte de energia, uma delas pode citar o seu baixo fator de carga, neste quesito, quando comparada a uma usina hidroelétrica mostra-se em desvantagem. Os avanços dos equipamentos eletromecânicos mostram-se um quesito muito favorável para aumentar a sua competitividade, que permitem a exploração de locais com marés baixas. Mas, tem-se a necessidade que se tenha estudos bastante detalhados que englobem os impactos ambientais e sociais nas regiões estudadas, pois os impactos que são gerados podem ser bastante significativos. Para que seja possível a exploração desse tipo de energia, é necessário que os locais a serem explorados possuam potenciais significativos para este modelo. CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao decorrer do trabalho foi constatada a quantidade mínima de literaturas que abordam as questões das energias das marés no Brasil. Desta forma, estimulasse trabalhos na elaboração de plantas maremotrizes e também estimativas do potencial energético desta energia no Brasil, visto que, em domínio destas informações, terá a confecção de plantas maremotrizes de acordo com as características de cada local atreladas ao seu respectivo potencial energético quantificado e, dessa forma, analisado a inserção da mesma na matriz energética brasileira. REFERÊNCIAS ANDERSON, S., The Tide-Energy Project near the Mouth of the Amazon: Applying helical turbine technology at a small scale for rural communities Disponível em: <globalcoral.org/tide_energy_overview_english.doc>. Acesso em: Março de ASTARIZ, S.; IGLESIAS, G. The economics of wave energy: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 45, p , CHARLIER, R. H. Tidal Energy. Van Nostrand Reinhold Company. Vol. 1, p New York, NY, USA CHARLIER, R. H., Sustainable co-generation from the tides: A review. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 7, Ed. Elsevier Science Ltd, Charlier, R.H. & Finkl, C.W. Ocean Energy. Tide and Tidal Power. First Edition. Springer, p

8 CLARK, R.H. Elements of Tidal-Electric Engineering. Wiley-IEEE Press, p DIÉZ, P. H., Notas de Aula do departamento de engenharia mecânica da Universidade de Cantabria, Espanha, FERREIRA, R. M. Aproveitamento da Energia das Marés - Estudo de Caso: Estuário do Bacanga, MA. 134f. Dissertação do programa de Pós-Graduação de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, FLEMING, Fernanda Pereira. Avaliação do Potencial de Energias Oceânicas no Brasil. 100f. Dissertação (Mestrado) - COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, HAMMONS, T. J. Tidal Power. Proceeding of the IEE, Vol. 8.Nº3. Março de JOG, M. G. Hydro-Electric and Pumped Storage Plants. John Willey & Sons, pag , KADIRI, M. et al. A review of the potential water quality impacts of tidal renewable energy systems. Renewable and sustainable energy reviews, v. 16, n. 1, p , LEITE NETO, P.B., Oliveira, D.Q., N.J. Camelo e O.R. Saavedra. Estudo do Potencial para Geração de Energia Elétrica a partir de Fonte Maremotriz. The 8th Latin American Congress on Electricity Generation and Transmission- CLAGTEE. Anais do CLAGTEE Vol. 1, pp LEITE NETO, P. B; SAAVEDRA, O. R; CAMELO, N. J; RIBEIRO, L. A. S. (2010), Viabilidade de Pequenos Aproveitamentos para Geração de Energia Eletromaremotriz. In: XVIII Congresso Brasileiro de Automática, 2010, Bonito: UNESP, v. 1. p LEITE NETO, P. B., O. R. SAAVEDRA, N. J. CAMELO, L. A. S. RIBEIRO, RAFAEL M. FERREIRA (2011). Exploração de energia Maremotriz para Geração de Eletricidade: Aspectos Básicos e Principais Tendências. Ingeniare. Revista Chilena de Ingeniería. vol. 19, No. 2, pp MACINTYRE, A. J., Máquinas motrizes hidráulicas, Ed. Guanabara Dois, SH. MASSOUD, M. AMER AND M. SAMIR. Tidal Power Generation Systems OLIVEIRA, L. L. P; BLANCO, C. J. C; MESQUITA, A. L. A. Metodologia para projetos de centrais maremotrizes, Revista Ciência e Tecnologia, v. 18, n. 33, p , jul./dez