Seminário sobre ENERGIA DOS OCEANOS, Peniche, 19 de Setembro de 2008 ENERGIA DAS ONDAS: PANORÂMICA NACIONAL E INTERNACIONAL António F. O. Falcão Instituto Superior Técnico
Uma caminhada de 35 anos : 1974 - Salter & os patos 1976 Masuda & Kaimei 1975- Os teóricos pioneiros 1985--91 1985 As primeiras CAO s 1980-83 Point absorbers na Escandinavia 1999--2000 1999 Meta: central de 2 GW Desde 2004 Os novos sistemas offshore 1996 WERATLAS 1991: UE apoia energia das ondas 1975-82 O programa 1975britânico CAOs na Europa
O VENTO E AS ONDAS vários km VENTO 20m ONDAS <200m O vento estende-se em altitude por vários km. Um parque eólico apenas explora uma ínfima parte do recurso. A maior parte da energia das ondas está concentrada perto da superfície. Um parque de ondas pode absorver uma grande parte do recurso. Tipicamente, o fluxo de energia por unidade de área vertical para ondas é cerca de 5 vezes maior do que para o vento. As ondas são uma forma de energia mais concentrada do que o vento.
TECNOLOGIAS DE ENERGIA DAS ONDAS Coluna de água oscilante (com turbina de ar) TAPCHAN Isolado: Pico, LIMPET Estrutura fixa Em quebra-mar: Sakata, Foz do Douro Estrutura flutuante: Mighty Whale, BBDB, Energetech/Oceanlinx Corpos oscilantes (com motor hidráulico, Turbina hidráulica, gerador eléctrico linear) AquaBuoy AWS Galgamento (com turbina hidráulica de baixa queda) FO3 Mighty Whale Sakata Flutuante Submerso Wavebob Estrutura fixa BBDB Essencialmente translação vertical: AquaBuoy, FO3, Wavebob, Power Buoy, Wave Star SSG Essencialmente rotação: Pelamis, SEAREV Pico Limpet Essencialmente translação vertical: AWS Energetech Power Buoy Rotação: WaveRoller, Oyster Wave Star Na costa (com concentração): TAPCHAN Pelamis Wave Dragon SEAREV Em quebramar (sem concentração): SSG Estrutura flutuante (com concentração): Wave Dragon Wave Roller Foz do Douro Oyster
A situação actual 1 Co-existência de diversas concepções básicas: Coluna de água oscilante (CAO) Pequenos sistemas oscilantes ( point absorbers ) Grandes sistemas oscilantes (multi-corpos) Sistemas de galgamento,... Muitos projectos (>50), de que um pequeno número ( 15?) atingiu ou está próximo da fase de protótipo. Há modos diferentes de eficazmente extrair energia das ondas. Ao contrário do eólico, não há tecnologia dominante. Convergência lenta para um pequeno número de concepções básicas?
Como na vida, sobreviverão os sistemas mais aptos numa luta Darwiniana pela sobrevivência no mercado. Ao fim de quanto tempo? Quais serão os vencedores? Coluna de água oscilante (com turbina de ar) Estrutura fixa Isolado: Pico, LIMPET Em quebra-mar: Sakata, Foz do Douro Estrutura flutuante: Mighty Whale, BBDB, Energetech/Oceanlinx Tempo geológico Corpos oscilantes (com motor hidráulico, Turbina hidráulica, gerador eléctrico linear) Flutuante Submerso Essencialmente translação vertical: AquaBuoy, FO3, Wavebob, Power Buoy, Wave Star Essencialmente rotação: Pelamis, SEAREV Essencialmente translação vertical: AWS Rotação: WaveRoller, Oyster Galgamento (com turbina hidráulica de baixa queda) Na costa (com concentração): TAPCHAN Estrutura fixa Em quebramar (sem concentração): SSG Estrutura flutuante (com concentração): Wave Dragon
Os equipamentos
A energia solar (período 24h) e a das marés (12h25m) são fontes intermitentes. A energia das ondas é também intermitente, com muito menor período (5-15 s). É necessária uma regularização da potência eléctrica produzida (rede, equipamentos eléctricos). Como armazenar energia? Energia cinética num volante de inércia: Rotor das turbinas de ar nos sistemas CAO. Reservatório de água em sistemas de galgamento: Tapchan, Wave Dragon, SSG. Acumulador de gás Corpos oscilantes com circuito hidráulico.
Efeito típico de regularização de energia num sistema com acumulador de gás, em mar com forte agitação H s = 4 m 1250 1000 750 (kw) 500 Potência absorvida às ondas Potência produzida 250 t (s)
Sistemas de conversão de energia (produto: energia eléctrica) Gerador eléctrico linear (AWS, bóias de oscilação vertical) Conversão directa Bom rendimento global. Fase de protótipo. Não disponível no mercado? Custo elevado? Armazenamento de energia 0: necessária elevada relação potência máxima/média. Turbinas hidráulicas de baixa queda (Wave Dragon, sistemas de galgamento) Equipamento convencional. Bom rendimento. Armazenamento de energia no reservatório de água.
Turbinas de ar (Colunas de Água Oscilantes). Vários tipos (Wells, acção, ). Fase avançada de protótipo. Tecnologia acessível. Rendimento (50-60%?) a ser melhorado. Armazenamento de energia cinética no rotor (+ na turbina Wells). Motor hidráulico em circuito de óleo de alta pressão (corpos oscilantes) Uso convencional de equipamento convencional. Bom rendimento (menor a carga parcial). Acumuladores de gás (caros ) para armazenamento de energia. Turbinas hidráulicas de alta queda (Oyster, AquaBuoy). Uma alternativa ao óleo de alta pressão. Equipamento convencional, elevado rendimento. Circuito fechado ou aberto (água do mar).
A situação actual 2 A tecnologia é mais difícil que a eólica. Nos aspectos técnico e económico, a situação é semelhante ao eólico dos anos 1980s (?) Excepto em algumas Colunas de Água Oscilantes (Pico 1999, Islay 2000), a experiência quanto a manutenção, fiabilidade e sobrevivência é escassa ou nula, para além de alguns meses. Informação escassa (e pouco fiável?) sobre custos e aspectos económicos. Frequentemente, o que é publicitado pelas equipas é baseado em cenários e projecções assumindo reduções de custos.
A situação actual 3 Em geral, o factor de capacidade (rácio potência média anual / potência nominal) semelhante ao eólico ( 0.3). No actual estado de desenvolvimento tecnológico, o custo de energia eléctrica ( /kwh) compreendido entre eólico e grande fotovoltaico. Para competir com eólico, necessária redução de custo para cerca de 1/3 para os sistemas mais avançados (1/2 se comparado com eólico offshore). Os (relativamente) grandes investimentos (especialmente na Europa) por empresas privadas indicam que estas reduções de custos se crê serem possíveis (em 10+ anos?).
Como reduzir os custos (Fonte: Carbon Trust, UK, 2006) Desenvolvimentos ao nível do projecto conceptual Optimização detalhada do projecto Economias de escala Aprendizagem na produção, instalação, O & M
A SITUAÇÃO EM PORTUGAL
Portugal: qual o potencial de energia das ondas? Estimativas : 2.5 5 GW (essencialmente offshore) 500km Eólico em terra ~ 6 GW (presentemente ~ 2,5 GW)
CRIAÇÃO DUMA ZONA PILOTO
Protótipos e instalações Ilha do Pico, Azores Quebra-mar, Foz do Douro, Porto WaveRoller Pelamis AWS
MARTIFER ENERGIA Ensaio em modelo, esc.1:25, Madrid, 2007 modelo
Obrigado pela vossa atenção