APROVEITAMENTO DA ENERGIA DAS ONDAS: PANORAMA E PERSPECTIVAS

APROVEITAMENTO DA ENERGIA

APROVEITAMENTO DA ENERGIA

DAS ONDAS: PANORAMA E

DAS ONDAS: PANORAMA E

PERSPECTIVAS

PERSPECTIVAS

António F. O. Falcão

Aproveitamento da Energia das Ondas:

Quando e onde começou?

Mais de mil patentes desde o Séc. XIX

Yashio Masuda, Japão, desde 1940s

• Sistema de coluna de água oscilante

• Bóias de sinalização com energia das ondas, comercializadas desde 1965, Marinhas Japonesa e Americana.

Para aproveitamento em grande escala, pós crise 1972-73:

• Steven Salter (Edimburgo), artigo na revista Nature, 1974 • Programa Britânico de Energia das Ondas, 1975-…

• Programa Norueguês, 1976-…

Aproveitamento da Energia das Ondas:

Como começou em Portugal?

Poucos anos depois do início na Europa:

1975: Agnelo David e a coluna de água oscilante

1976: Início de I&D no IST:

• António Falcão 1976-, António Sarmento 1977-, Luís Gato 1982-, …

• Sistema de coluna de água oscilante • Estudos hidrodinâmicos

• Desenvolvimento de equipamento (turbina de ar tipo Wells)

1983: Início de I&D no LNETI-INETI:

• Maria Teresa Pontes 1983-, …

Aproveitamento da Energia das Ondas:

Como começou em Portugal?

Primeira presença no estrangeiro da I&D portuguesa:

1980: comunicação pioneira sobre a modelação teórica do sistema de

coluna de água oscilante, Congresso IUTAM, Toronto, Canada

1980: primeiros ensaios do sistema de coluna de água oscilante, em canal de ondas, IST-LNEC (financiamento DGE)

1983-…: estudo do clima de ondas em Portugal, LNETI

1982: primeiros estudos aerodinâmicos sobre a turbina Wells, IST

(primeiro artigo em revista internacional 1984)

1985-…: construção e ensaio dum sistema de coluna de água

oscilante, esc. 1:7, IST (ensaios aerodinâmicos da turbina), IST-LNEC (canal de ondas)

O início da aventura dos Açores

Electricidade dos Açores (EDA)

promove visita de prospecção às ilhas

(LNETI, IST, Prof. D. Mollison)

30 de Setembro de 1986: visita a Porto Cachorro, Ilha do Pico

1987-…, Porto Cachorro, Ilha do Pico, EDA, IST, INETI, IH:

• Medições de ondas

• Levantamento hidrográfico e batimétrico • Levantamento batimétrico

• Estudos preliminares para uma centrao CAO (envolvimento da

Em Portugal e na Europa …

1986: Portugal ingressa na União Europeia.

1991: Comissão Europeia inclui Energia das Ondas no Programa JOULE.

1991: Primeiros projectos Europeus em Energia das Ondas.

Portugal lidera 2 dos 5 projectos preliminares:

• Recurso Energético da Europa (INETI)

• Estudos preliminares para uma Central Piloto Europeia (IST)

1985: IUTAM Symposium on Hydrodynamics of Wave Energy Utilization, em Lisboa.

THE WAVE ENERGY RESOURCE SOLAR ENERGY WIND ENERGY

WAVE

ENERGY

Typical wave power levels

(annual average):

Offshore, in deep water: 10-50 kW/m Close to coastline: lower values

depending on • bottom slope

• local water depth (wave breaking) • seabed roughness (bottom friction) • shoreline shape (diffraction, refraction)

Distribuição mundial do nível de energia das ondas

From: European

Wave Energy Atlas

POTENCIAL ENERGÉTICO APROVEITÁVEL EM PORTUGAL

Recurso bruto offshore (50 m de profundidade):

500 km × 30 MW/km = 15 GW (média anual) = 130 TWh/ano Aproveitamento tecnicamente viável (500 km):

130 × (10 a 15%) = 1,3 a 2 TWh/ano

Potência instalada (500 km) (factor de carga 0,25): 6 a 9 GW

Comparação com

Eólico

(plano para 2010):

4,5 GW

Potência instalada (1/3 da costa = 166 km):

2 a 3 GW

Investimento (1 M€ por MW instalado):

• Em competição, variados tipos de sistemas, em diversos estados de desenvolvimento.

• Imprevisível qual ou quais irão “triunfar”. • Sistemas em geral mais complexos.

• Acesso para manutenção nos sistemas offshore. • Não aplicável começar por sistemas “pequenos”

e depois “aumentá-los”.

• Desenvolvimento com protótipos no mar essencial, mas difícil e dispendioso (ex. Pico, AWS, Pelamis, etc.).

Contrastes com a energia eólica

• Entre os pioneiros na Europa:

I & D desde 1978 (IST), 1981 (INETI). • Intensa colaboração europeia.

• Bom domínio da tecnologia dos sistemas na costa (OWC). • Realizações:

⇒ centrais OWC no Pico, em Islay (Escócia); ⇒ alguma participação no AWS;

⇒ início I&D (colaboração) em outros sistemas offshore; ⇒ Atlas Europeu da Energia das Ondas.

• Grande interesse de empresas estrangeiras

(boas condições naturais, tarifa elevada em Portugal).

• Interesse crescente de (algumas) empresas portuguesas.

Em Portugal

Objectivos

Aproveitar recurso

energético endógeno Criar tecnologia(uso interno ou exportação)

Energia eólica Energia das ondas

Aproveitar recurso Criar tecnologia Aproveitar recurso Criar tecnologia Portugal XX 0 (?) XX (?) (???) Holanda 0 X (?) Dinamarca XXX XXX Reino Unido XX (?) XXX (?) e/ou

Energia das ondas em Portugal:

será possível criar tecnologia e indústria ??

Exemplo da Dinamarca (energia eólica):

• Uma das principais indústrias nacionais. • Grande peso nas exportações.

Exemplo do Reino Unido:

• Plano de apoio à tecnologia britânica. The Carbon Trust (2004):

“UK to become a global leader in marine energy technology”.

• Criação de infraestruturas de teste (ondas e correntes) (2004).

• Apoio governamental em marketing internacional “agressivo” (incluindo em Portugal !).

• Criar um “Plano Estratégico de Energia das Ondas” ?? • Ou planear (?) como na Energia Eólica ??

• Como suprir a falta de tradição empresarial em inovação

(em áreas de risco e resultados a médio prazo) ??

• Haverá capacidade tecnológica suficiente (empresas e

instituições de I & D) ??

• Objectivos da Martifer Energia (tecnologia própria?)

Em Portugal:

(exemplos: Pico; projecto para o molhe na Foz do Douro).

Sistemas offshore (para exploração extensiva): ⇒ Tecnologia mais complexa.

⇒ Desenvolvimento de tecnologia e marketing (em parceria internacional?) ⇒ Campo típico de PMEs: dar apoio financeiro e tecnológico

Em Portugal

Comissão Estratégica dos Oceanos

Pontos Fortes:

• Recurso energético abundante; costa extensa

• Batimétrica dos 50m e rede eléctrica próximas da costa • Disponibilidade de portos e estaleiros próximos

• Existência de capacidade científica e tecnológica (IST, INETI, etc.) e experiência de colaboração com equipas internacionais

• Existência de empresas portuguesas interessadas • Tarifa específica elevada e atraente 0,25 €/kWh

Pontos Fracos:

• Tecnologia em fase de desenvolvimento, com riscos

• Imagem pouco favorável dos primeiros sistemas (Pico, AWS) • Pouca experiência na área das inovações tecnológicas

• Interesse reticente da indústria nacional em correr riscos (comparado com países com maior tradição na inovação tecnológica)

Em Portugal

Comissão Estratégica dos Oceanos

Desafios e oportunidades:

• Produção de energia eléctrica por fonte renovável

• Desenvolvimento de nova actividade industrial e oportunidades para indústrias de equipamentos e estaleiros navais

• Sinergias com outras aplicações oceânicas

Ameaças, riscos e constrangimentos:

• Dificuldades associadas a um ambiente (marítimo) adverso • Processos de licenciamento demorados

Em Portugal

Comissão Estratégica dos Oceanos

Recomendações para um PROGRAMA:

• Manter ou criar condições favoráveis para o desenvolvimento de projectos de E. das O., nomeadamente a nível do teste no Mar de centrais-piloto e protótipos

• Promover o envolvimento de empresas portuguesas e instituições do sistema científico e tecnológico

• Reforçar as competências e capacidades nacionais nesta área e afins

ENERGIA DAS ONDAS:

A Central de Energia das Ondas da Ilha do Pico

Construção in situ, 1994 ENERGIA DAS ONDAS:

TECNOLOGIA NÃO ESTABILIZADA

Mighty Whale

AquaBuoy

Wave Dragon

Pelamis

SEAWEC

Archimedes Wave Swing

ENERGIA DAS ONDAS

Tecnologia não estabilizada:

• grande variedade de concepções em competição • continuam a aparecer novas concepções

• não é claro qual a que irá vencer

Custos unitários baixam, mas superiores aos da eólica (≥2 a 3 vezes??) À espera de um “breakthrough” na concepção ??

Possível apanhar o combóio da tecnologia !!

Tecnologias estabilizadas:

• Turbinas eólicas

• Turbinas hidráulicas (tipos dependem de Ω) • Automóveis

Tecnologias em competição: Energia Solar

• Colectores solares planos

• Colectores solares com concentração • Lagos solares

• Energia eléctrica por via térmica (torres solares) • Energia eléctrica por via fotovoltaica

AS VÁRIAS TECNOLOGIAS DE ENERGIA DAS ONDAS

Corpos oscilantes

(motor óleo-hidráulico, turbina hidráulica, gerador eléctrico linear)

Flutuantes

Submersos

Essencialmente translação (vertical)

AquaBuoy, WaveBob, etc.

Essencialmente rotação PS Frog, SEAWEC, Pelamis

Essencialmente translação (vertical) AWS

Rotação OWSC-T (placa articulada no fundo)

Coluna de água oscilante

(turbina de ar)

Estrutura fixa

Estrutura flutuante Mighty Whale, BBDB, Energetech

Isolada Pico, LIMPET

Integrada em quebra-mar Sakata, Foz do Douro

Galgamento (run up)

(turbina hidráulica de baixa queda)

Estrutura fixa

Na costa (com concentração) TAPCHAN

Em quebramar (sem concentração) vários

PELAMIS (Escócia)

Situação: ensaio de protótipo Sistema articulado flutuante

Sistema de conversão: oleo-hidráulico

Diâmetro 3,5m; comprimento 4×30 = 120m Potência 3×250 kW = 750 kW

WAVE DRAGON (Dinamarca) Situação: ensaio de modelo 1:4

em mar protegido

Tipo: flutuante, overtopping

Largura (full-size): cerca de 350 m

Sistema de conversão: turbinas hidráulicas

ARCHIMEDES WAVE SWING (AWS), (Holanda)

Situação: ensaio de protótipo em Portugal Sistema submerso com “chapéu” oscilante

Sistema de conversão: gerador eléctrico linear

AQUABUOY (vários países)

Situação: adiantada de desenvolvimento

Sistema de corpo oscilante flutuante

Sistema de conversão: hidráulico, com bomba de mangueira e turbina de água Diâmetro da bóia: 7 a 12 m ?? Potência: 200 a 300 kW ??

Corpo flutuante com rotação, com oscilador interior

PS Frog (UK)