energia das ondas: panorÂmica nacional e … · excepto em algumas colunas de Água oscilantes...
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ENERGIA DAS ONDAS: PANORÂMICA NACIONAL E
INTERNACIONAL
Seminário sobre ENERGIA DOS OCEANOS,
Peniche, 19 de Setembro de 2008
INTERNACIONAL
António F. O. FalcãoInstituto Superior Técnico
Uma caminhada de 35 anos …:
1974 - Salter & os patos
1976 – Masuda & Kaimei 1975-… Os teóricos pioneiros
19751975--82 82 –– O programa O programa britânicobritânico
1980-83Point absorbers
19851985--9191
As primeiras As primeiras CAO’sCAO’s britânicobritânico
Meta: central de 2 GWMeta: central de 2 GW
1991: UE apoia energia das ondas
1996 WERATLAS
19991999--20002000
CAOs na Europa
Desde 2004Desde 2004
Os “novos” sistemas offshore
Point absorbers na Escandinavia
CAO’sCAO’s
<200m
várioskm
VENTO
O vento estende-se em altitude por A maior parte da energia das ondas
20m
ONDAS
O VENTO E AS ONDAS
vários km.Um parque eólico apenas explora uma ínfima 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.
está concentrada perto da superfície.
Um parque de ondas pode absorver uma grande parte do recurso.
TECNOLOGIAS DE ENERGIA DAS ONDAS
Corpos oscilantesFlutuante
Essencialmente translação vertical: AquaBuoy, FO3, Wavebob, Power Buoy, Wave Star
Estrutura flutuante: Mighty Whale, BBDB, Energetech/Oceanlinx
Coluna de água oscilante (com turbina de ar)
Estrutura fixaIsolado: Pico, LIMPET
Em quebra-mar: Sakata, Foz do Douro
BBDBMighty Whale
TAPCHAN
SSGCorpos oscilantes(com motor hidráulico,Turbina hidráulica, gera-dor eléctrico linear)
Submerso
Essencialmente rotação: Pelamis, SEAREV
Essencialmente translação vertical: AWS
Rotação: WaveRoller, Oyster
Galgamento(com turbina hidráulica de baixa queda)
Estrutura fixa
Na costa (com concentração): TAPCHAN
Em quebramar (sem concentração): SSG
Estrutura flutuante (com concentração): Wave Dragon
Pico
Limpet
Sakata
Foz do DouroEnergetechAquaBuoy
FO3
Wavebob Power Buoy
Wave Star
Pelamis SEAREV
Wave Roller Oyster
AWS
SSG
Wave Dragon
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 ?) Muitos projectos (>50), de que um pequeno número (≈15 ?) atingiu ou está próximo da fase de protótipo .
Ao contrário do eólico, não há tecnologia dominante.
Convergência lenta para um pequeno número de concepções básicas ?
Há modos diferentes de eficazmente extrair energia das ondas.
Como na vida, sobreviverão os sistemas mais aptos numa luta Darwiniana pela sobrevivência no mercado.
Ao fim de quanto tempo ? Quais serão os vencedores ?
Essencialmente translação vertical: AquaBuoy,
Estrutura flutuante: Mighty Whale, BBDB, Energetech/Oceanlinx
Coluna de água oscilante (com turbina de ar)
Estrutura fixaIsolado: Pico, LIMPET
Em quebra-mar: Sakata, Foz do Douro
Tem
po g
eoló
gico
Corpos oscilantes(com motor hidráulico,Turbina hidráulica, gera-dor 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)
Estrutura fixa
Na costa (com concentração): TAPCHAN
Em quebramar (sem concentração): SSG
Estrutura flutuante (com concentração): Wave Dragon
A energia solar (período 24h) e a das marés (12h25m) são fontes intermitentes.
Como armazenar energia ?
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).
• Reservatório de água em sistemas de galgamento:Tapchan, Wave Dragon, SSG.
• Energia cinética num volante de inércia:Rotor das turbinas de ar nos sistemas CAO.
• Acumulador de gásCorpos oscilantes com circuito hidráulico.
Potência
absorvida
às ondas
Efeito típico de regularização de energia num sistema com acumulador de gás, em mar com forte agitação Hs = 4 m
1250
1000
750
Potência
produzida
t (s)
750
500
250
(kW)
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 ?• 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)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, 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
Desenvolvimentos ao nível do projecto conceptual
Optimização detalhada do projecto
(Fonte: Carbon Trust, UK, 2006)
projecto
Economias de escala
Aprendizagem na produção, instalação, O & M
Portugal: qual o potencial de energia das ondas ?
500kmEstimativas : 2.5 – 5 GW (essencialmente offshore)
Eólico em terra ~ 6 GW
(presentemente ~ 2,5 GW)
Protótipos e instalações
Ilha do Pico, Azores
Quebra-mar, Foz do Douro, Porto
WaveRoller
AWS
Pelamis