Energia das ondas: história, como funciona, vantagens, desvantagens

A energia das ondas ou de onda – poder é a energia mecânica gerada pela onda e que é transformada em energia eléctrica. É a energia cinética da água, produzida pela energia do vento em seu atrito com a superfície dos corpos d’água.

Essa energia cinética é transformada pelas turbinas em energia elétrica, sendo uma energia renovável e limpa. A história do uso dessa energia remonta ao século XIX, mas é no final do século XX que começa a subir.

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Poder das ondas. Fonte: Mostafameraji [CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]

Hoje existem muitos sistemas propostos para tirar proveito das formas de energia das ondas. Entre estes estão a oscilação da onda, choque das ondas ou variações de pressão sob a onda.

O princípio geral desses sistemas é semelhante e consiste em projetar dispositivos que transformam a energia cinética das ondas em energia mecânica e energia elétrica. No entanto, o projeto e a implementação são muito variáveis ​​e podem ser instalados na costa ou no mar.

O equipamento pode ser submerso, semi-submerso, flutuante ou construído na costa. Existem sistemas como o Pelamis, onde o movimento ascendente das ondas ativa os sistemas hidráulicos por impulso que ativam motores acoplados a geradores elétricos.

Outros aproveitam a força das ondas ao quebrar na costa, pressionando pistões hidráulicos ou colunas de ar que movem turbinas (exemplo: sistema OWC, coluna de água oscilante).

Em outros projetos, a força da onda é explorada quebrando-se na costa para canalizá-la e encher depósitos. Posteriormente, a energia potencial da água armazenada é usada para mover as turbinas por gravidade e gerar eletricidade.

A energia das ondas tem vantagens indiscutíveis, uma vez que é uma fonte renovável, limpa, livre e de baixo impacto ambiental. No entanto, isso implica algumas desvantagens associadas às condições ambientais em que o equipamento funciona e às características das ondas.

As condições do ambiente marinho sujeitam as estruturas à corrosão do salitre, à ação da fauna marinha, alta radiação solar, vento e tempestades. Portanto, dependendo do tipo de sistema, as condições de trabalho podem ser difíceis, especialmente em sistemas offshore submersos ou ancorados.

Além disso, a manutenção é cara, especialmente em sistemas de mar aberto, pois as âncoras devem ser verificadas periodicamente. Por outro lado, dependendo do sistema e da área, eles podem impactar negativamente as atividades de navegação, pesca e recreação.

História

Tem seus antecedentes no século XIX, quando o espanhol José Barrufet patenteou o que chamou de “marmotor”. Esta máquina produzia eletricidade a partir da oscilação vertical das ondas e não era comercializada até os anos 80 do século XX.

O aparato de Barrufet consistia em uma série de bóias que oscilavam de cima para baixo com as ondas, acionando um gerador elétrico. O sistema era ineficiente, mas, segundo seu inventor, era capaz de gerar 0,36 kW.

Hoje, existem mais de 600 patentes para aproveitar a força das ondas e gerar eletricidade. Estes podem funcionar pela força produzida pela oscilação vertical ou pela força gerada pelo choque da onda na costa.

Como funciona a energia das ondas?

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Conversor Pelamis em Peniche, Portugal. Fonte: Dipl. Ing. Guido Grassow [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

A operação dos sistemas de ondas depende do movimento que deseja tirar vantagem das ondas. Existem sistemas flutuantes ou ancorados no mar, que aproveitam a oscilação vertical da água, enquanto outros capturam a força do choque das ondas na costa.

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Da mesma forma, existem aqueles que empregam a variação de pressão sob a superfície da onda. Em alguns casos, a energia cinética das ondas permite armazenar água do mar e tirar proveito de sua energia potencial (queda de gravidade) para ativar turbinas elétricas.

Em outros sistemas, a energia mecânica das ondas produz movimentos de pistões hidráulicos ou massas de ar que ativam motores hidráulicos ou turbinas para gerar eletricidade.

– Sistemas offshore flutuantes ou ancorados

Esses sistemas podem ser semi-submersos ou submersos e tirar proveito do movimento oscilante causado pelas ondas no mar. Alguns sistemas usam a força das ondas da superfície e outros o movimento profundo.

Inchaço da superfície

Existem sistemas de segmentos articulados, como o Pelamis ou “cobra marinha”, nos quais as ondas movem módulos articulados que ativam sistemas de motores hidráulicos acoplados a geradores elétricos.

Outra alternativa é o Salter Duck , onde bóias fixadas em um eixo fazem um movimento de arremesso com as ondas, ativando também motores hidráulicos. Por outro lado, há toda uma série de propostas baseadas em bóias cuja oscilação também ativa os sistemas hidráulicos.

Movimento de balanço profundo

O oscilador de onda Archimedes consiste em dois cilindros montados em série em uma estrutura ancorada no fundo do mar. O cilindro superior possui ímãs laterais e se move verticalmente para baixo com a pressão da onda.

Quando o cilindro abaixa, pressiona o cilindro inferior que contém ar e, ao produzir a pressão da onda, a pressão do ar impulsiona o sistema para cima. O movimento vertical oscilante do cilindro magnetizado permite que a eletricidade seja gerada por meio de uma bobina.

Dragão das ondas

Consiste em uma plataforma flutuante atracada no fundo com aletas que permitem receber a água movida pelas ondas causando a inundação da estrutura. A água é coletada e depois circulada através de uma coluna central através de uma turbina.

– Sistemas costeiros

Esses sistemas são instalados na costa e aproveitam a energia gerada pela quebra das ondas. A limitação desses sistemas é que eles funcionam apenas em costas de ondas fortes.

Um exemplo é o sistema projetado pelo engenheiro basco Iñaki Valle, que consiste em uma plataforma ancorada na costa inclinada com um ímã nos trilhos. O swell empurra o ímã para cima, desce pela gravidade e o movimento induz uma bobina a produzir eletricidade.

Wave Roller System

Consiste em um sistema de placas que oscilam para frente e para trás com o fluxo e refluxo das ondas e esse movimento, por meio de uma bomba de pistão, ativa a turbina elétrica.

Sistema SDE

Nesse caso, são placas flutuantes ancoradas na costa que recebem a força de quebrar a onda e ativar um sistema hidráulico. O motor hidráulico, por sua vez, aciona uma turbina que gera eletricidade.

Sistema CETO

Consiste em uma série de bóias submersas ancoradas no fundo do mar e cuja oscilação ativa bombas hidráulicas que transportam água do mar para a costa. A água bombeada ativa uma turbina para gerar eletricidade.

Sistemas que aproveitam a energia potencial

Existem vários sistemas que armazenam água do mar em tanques e, por gravidade, eles podem ativar as turbinas Kaplan e gerar eletricidade. A água chega aos tanques acionados pelas próprias ondas, como no sistema TAPCHAN (Sistema de Energia de Ondas de Canal Cônico) ou na Energia das Ondas SSG (Gerador de cone de fenda de onda do mar).

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Sistemas de colunas água-ar

Em outros casos, a força da água impulsionada pelas ondas é usada para deslocar uma coluna de ar que, através de uma turbina, gera eletricidade.

Por exemplo, no sistema OWC (Oscilating Water Column), a água no fluxo de swell penetra através de um duto e conduz o ar interno. A coluna de ar sobe através de uma chaminé e passa através da turbina para sair.

Quando a água é removida no refluxo das ondas, o ar penetra na chaminé novamente, movendo a turbina novamente. Isso tem um design que faz com que ele se mova na mesma direção nos dois fluxos.

Outro sistema semelhante é o ORECON, onde a oscilação da água no interior da câmara aciona um flutuador que, por sua vez, pressiona o ar para passar através da turbina. Este sistema também funciona movendo o ar nas duas direções.

Vantagens

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Fazenda de ondas Fonte: P123 [Domínio público]

Energia renovável

É uma energia de uma fonte natural praticamente inesgotável, como as ondas do mar.

A fonte de energia é gratuita

A fonte de energia das ondas são as ondas do mar, sobre as quais nenhuma propriedade econômica é exercida.

Energia limpa

A energia das ondas não gera resíduos e os sistemas propostos até agora para o uso não geram resíduos relevantes no processo.

Baixo impacto ambiental

Qualquer interferência no ambiente aquático ou costeiro gera algum impacto ambiental, mas a maioria dos sistemas propostos é de baixo impacto.

Associação com outros fins produtivos

Alguns sistemas de ondas permitem que a extração da água do mar realize processos de dessalinização e obtenha água potável ou para a produção de hidrogênio.

Por exemplo, aqueles cuja operação envolve a coleta e o armazenamento de água do mar na costa, como TAPCHAN e SSG Wave Energy.

Desvantagens

A maioria das desvantagens não é absoluta, mas depende do sistema externo específico que estamos avaliando.

Força e regularidade das ondas

A taxa de produção de energia depende do comportamento aleatório das ondas em regularidade e força. Portanto, as áreas em que o uso dessa energia pode ser eficaz são limitadas.

A amplitude e a direção da onda tendem a ser irregulares, portanto a potência recebida é aleatória. Isso torna difícil para o dispositivo obter desempenho máximo em toda a faixa de frequência e a eficiência de conversão de energia não é alta.

Manutenção

A manutenção das estruturas envolvidas acarreta certas dificuldades e custos, dados os efeitos corrosivos do salitre do mar e o impacto das ondas. No caso de instalações offshore e submersas, o custo de manutenção é aumentado pelas dificuldades de acesso e pela necessidade de supervisão periódica.

Condições climáticas e ambientais em geral

As estruturas para a captura da energia das ondas e sua conversão em energia elétrica estão sujeitas a condições extremas no ambiente marinho. Estes incluem umidade, salitre, ventos, chuvas, tempestades, furacões, entre outros.

Tempestades significam que o dispositivo precisa suportar cargas 100 vezes maiores que a nominal, o que pode causar danos ou danos totais ao equipamento.

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A vida marinha

A vida marinha também é um fator que pode afetar a funcionalidade de equipamentos como animais de grande porte (tubarões, cetáceos). Por outro lado, bivalves e algas aderem à superfície do equipamento, causando uma deterioração significativa.

Inversão inicial

O investimento econômico inicial é alto, devido aos equipamentos necessários e às dificuldades de sua instalação. As equipes precisam de materiais e revestimentos especiais, sistemas herméticos e de ancoragem.

Impacto nas atividades antrópicas

Dependendo do tipo de sistema utilizado, eles podem afetar a navegação, pesca e atração turística na área.

Países que usam energia das ondas

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Usina de ondas Motrico (Espanha). Fonte: Txo [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Espanha

Embora o potencial do Mar Mediterrâneo seja baixo em termos de energia das ondas, no Mar Cantábrico e no Oceano Atlântico é muito alto. Na cidade basca de Mutriku, existe uma planta construída em 2011 com 16 turbinas (potência de 300kW).

Em Santoña (Cantábria), existe outra usina de energia das ondas que utiliza 10 bóias submersas para aproveitar a energia da oscilação vertical das ondas e gerar eletricidade. Nas Ilhas Canárias, existem vários projetos para aumentar a energia estrangeira devido às condições favoráveis ​​de suas costas.

Portugal

Em 2008, a empresa Ocean Power Delivery (OPD) instalou três máquinas Pelamis P-750 localizadas a 5 km da costa portuguesa. Eles estão localizados perto da Póvoa de Varim, com uma capacidade instalada de 2,25 MW.

Escócia (Reino Unido)

A tecnologia OWC está sendo usada na ilha de Orkney, onde existe um sistema instalado desde 2000 chamado LIMPET. Este sistema tem uma produção máxima de 500 KW.

Dinamarca

Em 2004, um projeto piloto do tipo Wave Dragon foi instalado na Dinamarca, com dimensões de 58 x 33 me potência máxima de 20 KW.

Noruega

A instalação de uma planta do sistema SSG Wave Energy em Svaaheia (Noruega) está em andamento.

Estados Unidos

Em 2002, um projeto piloto de um dispositivo Power Buoy foi instalado em Nova Jersey, com uma bóia offshore de 5 m de diâmetro, 14m de comprimento e uma potência máxima de 50 KW.

No Oregon, uma planta piloto da SSG Wave Energy foi instalada no porto de Garibaldi. Da mesma forma, no Havaí, eles aumentam as fontes de energia renováveis ​​e, no caso da ilha de Maui, a principal fonte renovável é a energia das ondas.

Referências

  1. Amundarain M (2012). Energia renovável das ondas. Ikastorratza Revista eletrônica de didática 8. Revisado em 08/08/2019 da ehu.eus
  2. Cavernas T e Ulloa A (2015). Undimotríz energia. Seminário Mercado de Energia Convencional e Renovável para Engenheiros Civis. Faculdade de Ciências Físicas e Matemáticas, Universidade do Chile. 13 p.
  3. Falcão AF de O (2010). Utilização de energia das ondas: uma revisão das tecnologias. Revisões sobre energia renovável e sustentável 14: 899–918.
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  5. Suárez-Quijano E (2017). Dependência energética e energia das ondas na Espanha: o grande potencial do mar. Licenciada em Geografia e Planeamento Territorial, Faculdade de Filosofia e Letras, Universidade da Cantábria. 52 pág.
  6. Vicinanza D, Margheritini L, Kofoed JP e Buccino M (2012). O conversor de energia das ondas SSG: desempenho, status e desenvolvimentos recentes. Energies 5: 193-226.
    Weebly On-line: taperedchannelwaveenergy.weebly.com

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