onshore onshore onshore onshore Pesquisa e Ação V4 N1: Maio de 2018 ISSN 2447-0627 ENERGIA MAREMOTRIZ Anderson Estevam da Silva 1, Guilherme Barbosa Barreto 1, Hernandes Rodrigo dos Santos Junior 1, João Henrique Nascimento Gonçalves 1, Mayara dos Santos Amarante 2 Resumo: Com o advento da produção em massa, a procura por meios vantajosos para se gerar energia é um dilema carregado pelo homem moderno. No primeiro momento se utilizando de matrizes energéticas como a madeira, carvão e por ultimo combustíveis fósseis, as ações humanas tem reflexos negativos na natureza. Visando aliar a produção de energia e a preservação dos meios naturais, as fontes renováveis de energia ganharam espaço, como por exemplo, as usinas hidrelétricas, eólicas e as não tão bem conhecidas maremotrizes. Usinas que usam as correntes marítimas, diferença de altura das marés e das ondas para movimentar conjuntos mecânicos e transformar movimento em potencial energético. Palavras Chave: produção, energia, potência, maremotriz, usina 1 Introdução Visando a diminuição do uso de fontes de energia associadas a combustíveis fósseis ou que agridem o meio ambiente, a aplicação de métodos para a produção de energia limpa e renovável vem cada vez mais ganhando espaço em discussões sobre o setor energético mundial. Atualmente, existem diversos métodos de produção de energia limpa como, por exemplo, as usinas hidrelétricas, eólicas, captação de energia solar e também produção por meio de usinas maremotrizes. A energia maremotriz, que também é conhecida como a energia das marés, consiste na captação e transformação de energia, resultante do desnível das marés e a velocidade das correntes marítimas. Esta prática tornou-se possível tendo como ideia inicial as leis de conservação de energia, A energia não pode ser criada nem destruída, mas uma forma de energia pode ser transformada em outra. [1], apresentando a transformação do movimento em potencial energético. A ideia rudimentar de capitação de energia através do diferencial de altura das marés tem sua raiz ideológica análoga ao funcionamento dos moinhos d água do século XII, mais precisamente na França e Inglaterra, aonde se utilizavam de seu potencial energético para a movimentação de pequenos moinhos, transformando o deslocamento da água em barragem em energia cinética e moendo diversos tipos de cereais. 1 Discentes do Curso de Engenharia Mecânica. Universidade Braz Cubas. 2 Mestrado em Ciências e Tecnologias Espaciais pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Brasil(2015). Professor Titular da Universidade Braz Cubas, Brasil.
onshore onshore onshore onshore 121 A realização deste artigo tem como objetivo o estudo desta fonte de energia limpa, suas vantagens, desvantagens e aplicabilidade. Tendo em vista o vasto campo disponível para o uso dessa tecnologia em escala mundial e como as usinas maremotrizes podem ser uma opção extremamente vantajosa para a produção de energia. O movimento das marés é a maior fonte de energia limpa ainda não explorada de forma efetiva em nosso planeta, com potencial de geração suficiente para atender 250 milhões de lares [2]. 2 Metodologia Este artigo científico é uma revisão bibliográfica baseada em publicações online sobre o uso de energias alternativas e renováveis, em especial a produção de energia a partir de usinas maremotrizes. 3 História da energia maremotriz A energia obtida através dos desníveis das marés passou a ser utilizada a partir do século XII, principalmente por camponeses na Inglaterra e França para moer cereais e demais sementes, este procedimento era feito com a capitação do desnível das marés e sua velocidade (energia maremotriz e cinética respectivamente), transformando toda a energia captada em energia cinética para o moinho, ilustrada na Figura 1. Com o passar dos anos, os seres humanos seguiram pesquisando profundamente sobre os diversos tipos de obtenção de energia, assim, descobriram que a energia retirada da diferença de altura entre as marés baixas e altas acontece devido à atração gravitacional e o movimento de rotação da terra, esta por sua vez demora aproximadamente 12 horas para alterar entre essas duas marés. Figura 1 - moinho d água.
onshore onshore onshore onshore 122 4 Funcionamentos dos sistemas de captação de energia maremotriz atualmente Para a construção de uma usina maremotriz são necessários alguns fatores naturais, como uma situação geográfica favorável e uma amplitude de maré grande. Para que um posto de captação consiga gerar energia suficiente para abastecimento são necessárias ondas acima de 7 metros de altura. Existem diferentes modelos de captação de energia através das marés, todas tendo a mesma matriz energética, mas utilizando-se de diferentes processos para obtê-la. Como por exemplo, os sistemas de captação através de turbinas, por terminais, por atenuadores, absorvedor flutuante e dispositivo overtopping. 4.1 Sistema de captação através de turbinas. Este sistema utiliza-se de grandes barragens e baías que afunilam as marés fazendo esta alcançarem facilmente níveis acima dos 20 metros com a barragem fechada. Assim colocando as turbinas em um nível mais baixo, aproveitando a altura obtida pelo desnível causado pela abertura da barragem como ilustrado na Figura 2. A localidade mais conhecida que se utiliza desse método, é a grande usina de La Rance França, considerada a maior do mundo na captação deste modo de energia. Essa foi a primeira usina ligada a rede nacional de distribuição de energia elétrica, utilizando uma barragem de 750 metros de altura e 24 turbinas, gerando 240 megawatts de energia elétrica, energia suficiente para abastecer uma cidade de 200 mil habitantes. Figura 2 - modelo 3D de turbina geradora. 4.2 Sistema de captação através de terminais Utilizando-se de estruturas metálicas construídas onshore (em terra), nearshore (próximo a terra) ou offshore representado na Figura 3 (distantes da
onshore onshore onshore onshore 123 terra, em alto mar), o sistema de captação de energia maremotriz por terminais se compreende em uma base perpendicular ao solo ou ao mar que apresenta em seu interior uma coluna de ar que aplica compressão e despressurização, o que faz com que o ar suba e desça. Esses movimentos do ar são causados pela vinda e pelo recuo das ondas dentro da estrutura, faz com que o ar seja puxado pela turbina como resultado da queda de pressão da despressurização, assim, se gera energia elétrica. Figura 3 - Terminal offshore. 4.3 Captação através de atenuadores Os atenuadores são dispositivos que possuem longas estruturas em forma de cilindro que flutuam no mar. Esses dispositivos são ligados por dobradiças e são ancorados em mar aberto como exibido na Figura 4. Eles são colocados em uma posição perpendicular em direção às ondas, e a partir do movimento de seus segmentos são ativados conversores que transmutam energia cinética em energia elétrica. Essa energia gerada é enviada a costa por meio de cabos de energia, e chegando a costa são dissipadas pela rede elétrica. Figura 4 - Atenuador.
onshore onshore onshore onshore 124 4.4 Captações por absorvedor flutuante Os absorvedores flutuantes ou absorvedores de pontos são dispositivos flutuantes que não tem orientação fixa em relação às ondas, pois conseguem absorver a movimentação das mesmas em todas as direções como ilustrado na Figura 5. Esses absorvedores possuem uma estrutura integrada que se move de acordo com o movimento das ondas, mais precisamente com seus altos e baixos. Esses movimentos verticais acionam conversores que transformam energia mecânica em elétrica. Figura 5 - Absorvedor de ponto da Finavera-Aquabuoy. 4.5 Captação de energia por meio de dispositivo de galgamento Os dispositivos de galgamento ou dispositivos overtopping possuem um reservatório que é preenchido pela água das ondas, onde acontece uma leve elevação da pressão da água que fica represada e, quando essa água é liberada, a gravidade faz com ela volte ao mar girando uma turbina hidrelétrica que gera, posteriormente, energia elétrica como ilustrado na Figura 6. Figura 6 - Esquema de Funcionamento do dispositivo Wave Dragon. 5 Fonte de produção de energia elétrica. Essencialmente a energia maremotriz provém da ação da atração das ondas em relação à lua que causam a energia cinética das mesmas e, através da energia potencial conseguida pela diferença da altura das marés alta e baixa. Pela atração gravitacional e o movimento de rotação da terra, as marés variam de altura e demoram 12 horas para alternarem essas fases. As marés são uma
onshore onshore onshore onshore 125 fonte renovável, natural e limpa de energia o que faz com que esse tipo de energia seja uma opção futura viável e sustentável. Diferente de outros meios de geração de energia limpa como a solar e a eólica, que necessitam de meios que possuem uma previsão mais apta ao erro (condições de tempo), a energia das marés possui boa de energia em praticamente todo o ano. 6 Usinas maremotrizes em funcionamento. Um conjunto de turbinas de geração de energia maremotriz colocado a 30 metros de profundidade, com suas pás posicionadas ao sentido correto das ondas, tem capacidade de gerar 86 GWH (86 Giga watts por hora). Essa gama de energia é o suficiente para abastecer 1500 famílias. Para que esses números sejam alcançados a velocidade atingida pelo conjunto tem que ser de, no mínimo 1 m/s, quanto mais rápido mais energia, tendo seu pico em 2,5 m/s como mostra a Figura 7, além disso, tomando como referência a energia eólica, a água é 832 vezes mais densa que o ar, fazendo que rotores de diferentes meios de captação fiquem mais próximos e sejam menores sem prejudicar o conjunto e sua geração de energia. Figura 7 - gráfico que relaciona a velocidade de rotação e a energia gerada. No momento atual, as principais localidades a adotar esse modo de produção energética são Finlândia, Portugal, Canadá, França e Japão. Na Finlândia, a energia maremotriz é gerada por meio de pás como está explícito no modelo acima, pertencendo à empresa Siemens group. O Japão apresenta a captação de energia por meio dos atenuadores, mais precisamente apresentados como Projeto Pelamis. Essa tecnologia que coloca seus receptores em forma de uma cobra articulada se utiliza dos movimentos marítimos para gerar a energia que é recolhida por cabos submarinos e levados a terra, está previsto que um quilômetro quadrado do oceano pacífico na costa do Japão seja ocupado por esses dispositivos, chegando à disponibilidade de vinte e quatro megawatts de potência, o que é energia suficiente para abastecer vinte mil habitações. Tendo um território marítimo 40 vezes maior que a sua dimensão terrestre, Portugal se apresenta como a principal área europeia propícia a aplicação da energia maremotriz. Segundo a comunidade cientifica, a costa portuguesa tem potencial para instalar quinhentos mil megawatts de potência em energia das marés. Confirmam ainda que se concretizado esse potencial através da
onshore onshore onshore onshore 126 montagem de um maior número de estações, esse modelo asseguraria mais de 20% do total de energia consumida pelo país até 2050. Portugal, já deteve diversos projetos nacionais ligados a geração de energia das marés, como na ilha do pico, tendo uma central pioneira nesse modo de geração de energia elétrica de forma regular, contudo, pelo alto valor de suas manutenções e a falta de financiamento a base foi fechada. A usina de La rance, na França, foi a primeira usina maremotriz a ser construída e está em funcionamento desde 1966, como mostra a Figura 8. Com uma potência de 240 megawatts é atualmente a maior do mundo, utilizando o método de turbinas geradoras. A produção anual de energia da usina pode chegar a 544 Giga watts hora em seu pleno funcionamento. Figura 8 - Usina de La Rance. A usina é composta por 244 turbinas que podem girar em dois sentidos diferentes para o melhor aproveitamento de diversas correntes marítimas. A altura das marés em La Rance pode chegar a 14 metros de altura, o que faz com que a geração de energia atinja bons números o ano todo, além da geração de eletricidade a usina também se tornou um grande ponto turístico na região. Na já existente barragem do rio Annapolis, Canadá, foi construída a usina maremotriz de Annapolis Royal na década de 80, que assim como La Rance, se utiliza de turbinas geradoras. Sua potência instalada é de 17,8 megawatts hora. Por questões ambientais o nível do reservatório da usina teve de ser abaixado, porém, a usina é despachada comercialmente e por isso é considerada como um projeto bem sucedido. Apesar de ter grande parte de seu território ligado ao oceano atlântico, o Brasil tem poucas localidades propícias à criação de usinas maremotrizes, tendo em vista que as marés brasileiras não chegam à altura especificada para esse meio de produção. Alguns locais em que é possível a criação dessas usinas são a costa maranhense, com marés que podem chegar aos 8 metros de altura, Rio Grande do Norte, com marés de até 11 metros de amplitude e também na costa cearense, aonde foi instalada a primeira usina maremotriz da América latina.
onshore onshore onshore onshore 127 Figura 9 - Usina de Pecém-CE. A usina de ondas de Pecém-CE, como ilustrada na Figura 9, funciona por módulos de flutuadores colocados em bombas que são conectadas a braços mecânicos. À medida que as ondas passam, os flutuadores sobem e descem, acionando as bombas hidráulicas que movimentam a água contida no conjunto com uma grande pressão. A tecnologia utilizada no seu projeto e construção são 100% nacionais e estima-se que até 2020 a usina criada por pesquisadores da Coordenação dos Programas Pós-Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro esteja em pleno funcionamento. Após o término de sua construção a usina terá capacidade para gerar 100 quilowatts, o que será suficiente para suprir as famílias do principal porto cearense. 7 Vantagens e desvantagens na opção por usinas maremotrizes Uma das vantagens da energia maremotriz é não produzir resíduos e gases que causem danos diretos ao meio ambiente, porém, assim como a produção de grandes usinas hidrelétricas, a sua construção requer uma grande logística, assim impactando o local onde a mesma será instalada temporariamente, pois a instalação de uma planta como essa pode interferir de maneira significativa nas características naturais do mesmo, causando não só modificações na qualidade da água, mas como também na morfologia do local escolhido para sua construção, na distribuição, composição e ciclos de vida das espécies da região. Atualmente, pelo alto custo e pela tecnologia escassa, esse tipo de energia ainda é pouco explorada, pois a sua capacidade de energia não corresponde ao investimento aplicado de imediato tornando assim, inviável a sua instalação em países subdesenvolvidos ou localidades com uma economia frágil. Além disso, a água salgada faz com que os materiais utilizados tenham que ter especial resistência à corrosão, sendo assim mais caros, salvo que também há a necessidade de ter uma situação geográfica favorável, mas também marítima, tendo assim, na sua costa a presença de marés no litoral e desnível no solo do oceano. Porém, a característica que torna a geração de energia a partir de usinas maremotrizes uma alternativa interessante a ser aplicada é que seu principal combustível para funcionamento é inesgotável, o mar. 8 Conclusão Portanto, o estudo sobre a energia maremotriz como uma fonte renovável e limpa, torna-se viável, pois a sua agressão ao meio ambiente é mínima, salvando-se os impactos temporários causados pela sua construção, além de
onshore onshore onshore onshore 128 possuir fonte ilimitada para produção de energia e, se construída com os materiais corretos, com longo prazo de funcionamento, assim sendo uma forma estratégica de se obter energia evitando o esgotamento dos recursos naturais não renováveis. Essa forma de produção de energia não se mostra como um meio grandemente conhecido para gerar eletricidade, mas como já citado, não só no Brasil, mas como também em escala mundial, existe uma pequena quantidade de usinas maremotrizes em real funcionamento, assim, mostrando que essa tecnologia é uma fonte confiável de produção e com resultados seguros. Mesmo apresentando enormes vantagens de sua utilização, a falta de estudos detalhados e também grandes investimentos na área fazem com que as essas usinas ainda não sejam a principal opção para gerar energia renovável. Com estudos mais detalhados, investimentos tanto de iniciativa privada quanto governamental e aplicações práticas, a energia proveniente das marés e ondas pode se tornar um importante aliado do homem moderno, ligando a produção de energia à sustentabilidade. Referências Oliveira, Luciana Leal Pimentel, Desenvolvimento de uma metodologia para implantação de centrais maremotrizes: aplicação na costa atlântica do Pará, 2014, 130f. Dissertação de mestrado - Universidade Federal do Pará, Belém 2014. <http://repositorio.ufpa.br/jspui/bitstream/2011/7927/1/dissertacao_desenvolvim entometodologiaimplantacao.pdf> Energias renováveis. Disponível em: http://m.energiasalternativas.webnode.com.pt/energia-das-ondas/>. Acesso em: 20 de março, 2018. Portogente. Disponível em: <https://portogente.com.br/portopedia/85020- energia-maremotriz>. Acesso em: 10 de maio, 2018 Estudo diz que oceanos podem assegurar 10% das necessidades energéticas na União Europeia até 2050. Disponível em:<http://www.quercus.pt/comunicados/2016-col-150/novembro/4993-emportugal-energia-dos-oceanos-com-potencial-por-alcancar>. Acesso em: 27 de abril, 2018. Energia renovável: usinas maremotrizes. Disponível em: <http://blogs.pini.com.br/posts/tecnologia-sustentabilidade/energia-renovavelusinas-maremotrizes-344851-1.aspx>. Acesso em: 2 de maio, 2018. Exploração de energia maremotriz para geração de eletricidade: aspectos básicos e principais tendências. Disponível em:<lhttps://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0718-33052011000200007>. Acesso em: 14 de abril, 2018.