A RELEVÂNCIA DOS MATERIAIS NAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS

Transcrição

1 A RELEVÂNCIA DOS MATERIAIS NAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS ANTONIO SARMENTO 1 OS MATERIAIS E O MAR

2 SUMÁRIO O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS? ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL CONCLUSÕES 2

3 WAVEC Associação privada sem finslucrativos; desde 2003 Missão: acelerar a introdução das energia renovável marinha no mercado Associados: Empresas Energia Instituições I&D Energia das Ondas Energia Eólica Offshore Biomassa Marinha Correntes de Maré Energia das Marés Gradiente Salino Gradiente Térmico Empresas de Engenharia Mares da Lusofonia

4 LONGO HISTORIAL DE PROJECTOS DE I&D 4 Uma gama aalargada de projectos Foco em novas, ferramentas, metodologias, serviços e produtos CORES EQUIMAR WAVETRAIN2 AquaRET2 Mais de 100 parceiros internacionais WEAM SURGE Os Materiais e o Mar SOWFIA FAME Road-map WAVEPORT KIC InnoEnergy Project OTS OTEO DEMOWFLOAT MARINET TROPOS Atlantic Power Cluster SI Ocean Projectos Comunitários OceaNET Projectos Nacionais

5 CONSULTORIA À ESCALA MUNDIAL Consultoria 24% Quotas 6% Inst. Costariquense de Electricidade Projectos I&D 70% 5

6 COMPETÊNCIAS ABRANGENTES MIGUEL LOPES TERESA SIMAS MARCO ALVES Monitorização & Tecnologia Abordando todos os aspectos da energia renovável marinha Ambiente Marinho NUNO MATOS Modelação Numérica ALEX RAVENTOS Políticas Públicas & Disseminação Economia & Industria 6

7 SUMÁRIO O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS? ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL CONCLUSÕES 7

8 (TW) O Problema Energético do Mundo O PROBLEMA DA SEGURANÇA DE ABASTECIMENTO DE ENERGIA IEA 2012 Forecast = 2.5 kw Oil = 3.4 kw População Mundial: o 1950: 2,5 mil milhões (1KW) o 2012: 6,7 mil milhões (2,5 kw) o 2050: 9,2 mil milhões (3,4 kw) Gás de Xisto ajuda, mas não resolve o problema 10 5 = 1 kw RE Gas Coal U Vamos necessitar de todas as fontes de energia, mesmo se mais caras! Sources: BP Statistical Review 2012; UN State of World Population 2013, IEA Key Energy World Statistics

9 (TW) O Problema Energético do Mundo O PROBLEMA DO IMPACTE NAS ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS = 3.4 kw A libertação de Gases com Efeito de Estufa pode ter um impacte importante nas alterações climáticas IEA 2012 Forecast = 2.5 kw CO 2 Oil CO CO 2 2 CO 2 CO Gas CO 2 CO 2 CO2 2 CO 2 É irresponsável não implementar medidas de mitigação das alterações climáticas a um custo razoável! 5 = 1 kw CO 2 CO 2 CO 2 Coal CO CO 2 CO 2 CO 2 CO CO U RE

10 INVESTIMENTO GLOBAL EM ENERGIA RENOVÁVEL EVOLUÇÃO NO INVESTIMENTO MUNDIAL EM ENERGIAS RENOVÁVEIS China responsável por 25% do investimento total mundial Investimento dos países em desenvolvimento cresce mais rapidamente (46% to total em 2012) Fotovoltaico (140 mm ) e Eólico (80 mm ) dominam o investimento Global Trends in Renewable Energy Investment 2013, Bloomberg New Energy Finance, 10

11 Oceanos: um enorme recurso TWh/y Marés Correntes de marés: energia em correntes elevadas (2,200 TWh/y) Amplitude de maré: energia potencial entre maré alta e maré baixa (300 TWh/y) Gradiente salino: diferencial de pressão osmótica entre água doce e água salgada (energia osmótica) (20,000 TWh/y) Ondas (44,000 TWh/y) Eólico Offshore: um recurso eólico explorado no oceano (176,000 TWh/y) Potencial económico (5%) ~ consumo de energia elétrica Gradiente Térmico (OTEC): diferença de temperatura entre águas profundas e de superfície (33,000 TWh/y) Fontes Hidrotermais Biomassa Marinha: culturas de macroalgas para produzir biocombustívies Consumo Mundial de Energia: 140,000 TWh/y 11

12 PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIA RENOVÁVEL OFFSHORE? Segurança de abastecimento Controlo do custo da energia Controlo das alterações climáticas Desenvolvimento de nova tecnologia Desenvolvimento económico No caso da Energia dos Oceanos: Desenvolvimento da Economia do Mar Fórum Mecânica, IST

13 SUMÁRIO O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS? ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL CONCLUSÕES 13

14 Energia Eólica Offshore em águas pouco profundas 14

15 European Offshore Statistics

16 DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA Operation and Maintenance 25% Turbine 33% Electrical Infrastructure 15% Engineering and Managem ent 3% Support Structure 24% 16

17 Progressão para águas mais profundas Source: NREL 17

18 Progressão para águas mais profundas 18

19 Eólico Offshore Flutuante: HyWind Protótipo de 2.3 MW desenvolvido pela Siemens e StatoilHydro. Instalado na Noruega em 2009 e ainda operacional (águas com 220 m de profundidade, 12 km offshore). 19

20 Eólico Offshore Flutuante: WindFloat Protótipo de 2.0 MW desenvolvido pela EDP, PPI e Siemens. Instalado na Aguçadoura em 2011 e ainda operacional (águas com 43 m de profundidade, 6 km offshore). 20

21 DESAFIOS PARA O EÓLICO OFFSHORE Aumento potência das turbinas: 5 para 10, 20 MW aumento diâmetro fadiga Maiores profundidades: 20 m para 120 m Maior distância a terra (~100 km) Reduzir custo O&M (25%): Materiais auto-regenerativos Materiais auto-sensoriais Materiais mais resistentes à fadiga Materiais mais baratos e leves 21

22 TECNOLOGIAS DE CORRENTES MARÍTIMAS TECNOLOGIAS LÍDER MCT Seagen 1,2MW, Irlanda do Norte (2008) Instalação HS300 em Kvalsund (2003) AK-1000 no EMEC (2010) 500kW TGL no EMEC (2010) 1ª turbina Voith Hydro na oficina em Heidenheim SR 250 no EMEC (2011) 6x30kW FreeFlow 5m instalada em NY (2006) Turbina Clean Current (Alstom Hydro) em Race Rocks (2006) Turbina Open Hydro 1MW na Bay of Fundy (2010) ORPC 60kW Beta TGU em Cobscook Bay (2010) PS 100 no Estuário de Humber (2009) Conceito Minesto Deep-Gen 22

23 DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE ENERGIA NAS CORRENTES DE MARÉ Ondas Correntes de maré Correntes Eólica O&M Estrutura O&M Estrutura Turbina Eq. Potência Instalação 23

24 DESAFIOS PARA ENERGIA DAS CORRENTES MARÍTIMAS Aumento potência das turbinas: 1 para 5 MW aumento diâmetro fadiga Reduzir custos de instalação (33%) Reduzir custo O&M (20%): Materiais auto-regenerativos Materiais auto-sensoriais Materiais mais resistentes à fadiga Materiais e proteções mais resistentes à corrosão 24

25 ENERGIA DAS ONDAS: CONCEITOS OWC Corpos oscilantes Galgamento Deformáveis Agregado compacto 25

26 DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE ENERGIA NAS ONDAS Ondas Correntes Eólica O&M Estrutura O&M Estrutura Turbina Eq. Potência Instalação 26

27 DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS Aumento de fiabilidade Materiais mais resistentes à fadiga (3 milhões de ciclos/ano) Aumento do tempo de vida dos anéis de vedação para cilindros hidráulicos Reduzir custo O&M (20%): Materiais auto-regenerativos Materiais auto-sensoriais Materiais e proteções mais resistentes à corrosão Aumento da eficiência Materiais deformáveis para sintonia com as ondas Materiais deformáveis para aumento de sobrevivência 27

28 DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS 28 Redução de custos Materiais mais baratos Aumento de sobrevivência por submersão em caso de tempestade Materiais deformáveis capazes de resistir ao aumento de pressão Materiais funcionais Membranas deformáveis Materiais para fins de curso Cabos resistentes a esticões Polímeros eletroativos em substituição do equipamento de potência Fluidos eletroativos para produção direta de eletricidade

29 FASES DE DESENVOLVIMENTO DO MERCADO (EÓLICO FLUTUANTE E CORRENTES DE MARÉ Demonstração técnica (Fiabilidade e sobrevivência) Demonstração pré-comercial (Custos e Produção de Energia) Exploração comercial (Tarifa subsidiada) Ondas um pouco mais atrasadas (3 a 5 anos) 29

30 SUMÁRIO PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS? ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL. CONCLUSÕES 30

31 Energia das ondas: Central do Pico (1999) 450 kw Placa oscilante Coluna de água oscilante Absorvedor pontual 31

32 Energia das ondas: AWS (Aguçadoura 2004) kw Placa oscilante Coluna de água oscilante Absorvedor pontual 32

33 Energia das ondas: Pelamis (Aguçadoura 2008) 3 x 750 kw Placa oscilante Coluna de água oscilante Absorvedor pontual 33

34 APRIL 10 TH, 2012 One Year Storm - design limits Hs = 7 m, Hmax = 11m Wavg = 30kts, Wmax = 40kts 34

35 Energia das ondas: Waveroller (Peniche 2012) 3 x 100 kw Placa oscilante Coluna de água oscilante Absorvedor pontual 35

36 Ensaios à escala 1:16 NAREC, UK, Sept-Oct

37 ENERGIA DAS ONDAS: CORPOWER Concepção, simulação numérica e experimental 37

38 SUMÁRIO WAVEC OFFSHORE RENEWABLES PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS? ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL. CONCLUSÕES 38

39 DESAFIOS E OPORTUNIDADES GRANDE OPORTUNIDADE DE CONTRIBUIÇÃO: Materiais funcionais Polímeros eletroativos Membranas e materiais deformáveis Materiais estruturais Materiais auto-regenerativos Materiais auto-sensoriais Materiais resistentes à fadiga Proteção à corrosão Materiais baratos 39

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