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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CAMPUS SOBRAL ANA CAROLINA SILVA CARNEIRO 392087 EMANUEL WELIO FERNANDES PENHA 389253 FRANCISCO CARLOS MARTINS DE VASCONCELOS FILHO 391256 JOSE JADIR DIAS FERREIRA FILHO 391260 ENERGIA DAS ONDAS SOBRAL 2016 ANA CAROLINA SILVA CARNEIRO JOSE JADIR DIAS FERREIRA FILHO EMANUEL WELIO FERNANDES PENHA FRANCISCO CARLOS MARTINS DE VASCONCELOS FILHO ENERGIA DAS ONDAS SOBRAL 2016 Trabalho apresentado a disciplina de Introdução a Engenharia Elétrica do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará para aprovação na disciplina supracitada. ANA CAROLINA SILVA CARNEIRO JOSE JADIR DIAS FERREIRA FILHO EMANUEL WELIO FERNANDES PENHA FRANCISCO CARLOS MARTINS DE VASCONCELOS FILHO ENERGIA DAS ONDAS Aprovado em: ____/____/____ BANCA EXAMINADORA ________________________________________________________ Prof. Dr. Márcio André Baima Amora Universidade Federal do Ceará Trabalho apresentado a disciplina de Introdução a Engenharia Elétrica do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará para aprovação na disciplina supracitada. Dedicamos este trabalho aos nossos familiares que nos tem dado constante apoio para perseverarmos e se nos tornar grandes profissionais e ademais a esta universidade que tem aberto a possibilidade de um futuro superior. AGRADECIMENTOS Queremos agradecer primariamente a Deus por ter provido as condições necessárias e os meios possíveis para a conclusão desse trabalho. Agradecemos também aos nossos pais que têm nos apoiado de uma maneira extraordinária na busca de nossos sonhos. Ademais agradecemos uns aos outros, que compomos a equipe, pela fiel colaboração e por ter dado o máximo de nós mesmos para que esse trabalho ficasse o melhor possível. “A menos que modifiquemos à nossa maneira de pensar, não seremos capazes de resolver os problemas causados pela forma como nos acostumamos a ver o mundo”. Albert Einstein RESUMO As perspectivas para as matrizes energéticas no mundo estão se voltando para o tema fontes renováveis, onde a energia das ondas, ou também como alguns chamam ondomotriz se encaixa perfeitamente no assunto. As matrizes energéticas de alto impacto poluente, como as fósseis e de combustão, estão perdendo forças a cada dia que se passa por conta da situação ambiental na qual o planeta vive atualmente, abrindo assim espaço para alta demanda de pesquisas e projetos tecnológicos sobre as matrizes renováveis. Apesar da energia das ondas ser pesquisada há bastante tempo como data a primeira patente do século XVIII, fontes de pesquisa e interesse para a utilização da mesma é bastante escasso. Apenas nos últimos 40 anos, após a descoberta do tamanho potencial energético que pode obter através das ondas, vários países e empresas privadas decidiram apoiar e custear pesquisas e desenvolvimento de equipamentos para a obtenção dessa energia, vários países possuem seu próprio equipamento de conversão e flutuadores, sendo assim um meio bastante diverso, na qual está constantemente evoluindo e avançando para um futuro próspero de fonte energética. Seus impactos ambientais ainda não são totalmente conhecidos pelo fato de ser uma tecnologia nova, além de diversificada na qual pode-se existir bastante diferença de impactos entre os equipamentos. Por fim a energia das ondas é um meio promissor na qual países situados em regiões costeiras tem plenas condições de ampliar seus índices energéticos com uma matriz na qual tenta minimizar ao máximo o tema poluição e impacto ambiental. Palavras-chave: Energia. Ondas. Renováveis. ABSTRACT The perspectives of the global energy matrices are turning toward the topic renewable energy, where wave power fits in perfectly. The matrices of high impacts of pollution, like the fossil and the burning ones, are losing their powers each day that goes by due to the environmental situation that the planet is going through. Therefore, there is a high demand of surveys and technological projects of renewable matrices. Specialists have been studying wave power since the century XVIII; however, both research sources and interests to use it are very scarce. Just in the last 40 years, after the discovery of the high potential of energy that can be take in from the waves, lots of countries and private companies decided to support and finance the surveys and development of machines to take in this power. Many countries has their own converters and floats, which ones are very diversified that is constantly developing and advancing to a successful future of power source. There are some environmental impacts although just part of them are recognized, as it is a fresh technology. Besides this facts, can exist many differences of impacts differing from machine to machine. Therefore, the wave power is a promising main that many coastal countries have conditions to increase the energetic indexes with a matrix that tends in their most to decrease the pollution and the environmental impacts. Key Word: Energy. Power. Wave. Renewable. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Acumulador Hidropneumático.......................................................... 21 Figura 2 – Câmara Hiperbárica......................................................................... 21 Figura 3 – Posição do Flutuador – Vazão de Entrada....................................... 22 Figura 4 – Turbina Pelton.................................................................................. 23 Figura 5 – Sistema de energia elétrica a partir de ondas do mar...................... 24 Figura 6 – Conversor Pelamis........................................................................... 25 Figura 7 – Conversor Azura.............................................................................. 26 Figura 8 – Conversor BioWave......................................................................... 27 Figura 9 – Gerador Dragon Wave..................................................................... 28 Figura 10 – Gerador Pelamis............................................................................ 29 Figura 11 – Gerador Azura................................................................................ 30 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS COPPE Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia EDP Energias de Portugal EUA Estados Unidos da América I&D Investigação e Desenvolvimento NWEI Northwest Energy Innovations OAPE Organização dos Países Árabes Exportadores de Aço OWC Oscilating Water Column SOWFIA Streamlining of Ocean Wave Farm Impacts Assessment TMUT Terminal de Múltiplas Utilidadesdo Pecém UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro LISTA DE SIMBOLOS GWh GigaWatt-hora TWh TeraWatt-hora TW TeraWatts KW QuiloWatt GW GigaWatt W Watt º Graus $ Dólar % Por cento h Altura T Período m Metro Km Quilometro g Aceleração da gravidade P Pressão p densidade v velocidade SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO............................................................................................... 13 2 HISTÓRIA DA ENERGIA DAS ONDAS......................................................... 14 2.1 História no contexto mundial....................................................................... 14 2.2 História no contexto Brasil........................................................................... 16 3 IMPACTOS AMBIENTAIS............................................................................. 17 4 ENERGIA DE ONDAS NO BRASIL................................................................ 19 5 MODELAGEM............................................................................................... 21 6 CONVERSORES ONDOMOTRIZES............................................................. 25 6.1 Pelamis....................................................................................................... 25 6.2 Azura.......................................................................................................... 26 6.3 BioWave..................................................................................................... 27 6.4 Dragon Wave.............................................................................................. 27 7 PAISES INVESTIDORES.............................................................................. 29 7.1 Portugal...................................................................................................... 29 7.2 Estados Unidos........................................................................................... 30 7.3 China.......................................................................................................... 31 7.4 Dinamarca.................................................................................................. 32 8 FUTURO DA ENERGIA ONDOMOTRIZ........................................................ 33 9 CONCLUSÃO................................................................................................ 34 REFERENCIAS............................................................................................. 36 13 1 INTRODUÇÃO Desde os primórdios da humanidade o homem tem necessitado de energia, qualquer que seja seu tipo, para realizar trabalho no seu cotidiano. Consta-se no decorrer da história vários tipos de geração de eletricidade começando com Tales de Mileto ao esfregar um âmbar, uma resina fóssil, em uma pele de carneiro. Outros estudiosos como Otton von Guericke, Benjamin Franklin, Luigi Galvani, Alessandro Volta dentre outros, aprofundaram os estudos sobre eletricidade e resultou no que é vital e movimenta o mundo moderno. Com o resultado desses estudos o homem primeiro passou a utilizar combustíveis fósseis como o carvão mineral para movimentar máquinas e produzir iluminação. Mais adiante na linha do tempo e com o avanço tecnológico e de conhecimento, o homem descobriu o potencial do petróleo para geração de energia e até os dias atuais tem investido nesse combustível e assim se deu por muitos anos. Contudo, notou-se o quão prejudicial são os combustíveis fósseis e, como estes não são renováveis, houve ademais a preocupação de como seria gerado eletricidade após a escassez deles. Sendo assim, após várias pesquisas e investimentos deu-se início a exploração de combustíveis renováveis como a energia dos ventos, do sol, do calor, da fissão de núcleos atómicos e das ondas, o qual este último será abordado no decorrer desse trabalho. Será mostrado em aspecto histórico como se pensou na exploração da energia das ondas e o início dessa exploração, os impactos que ela produz ao meio ambiente, a modelagem e os vários tipos de conversores desenvolvidos nos mares para essa captação e os principais países que se utilizam e investem nessa energia renovável. 14 2 HISTÓRIA DA ENERGIA DAS ONDAS Sabe-se que mais de 70% da superfície da terra é encoberta por oceanos que contem dois tipos de energias: a energia mecânica das ondas, na qual são impulsionadas pela força dos ventos, e das marés, na qual são impulsionadas pela força gravitacional da lua, o outro tipo de energia é a térmica das radiações solares que incidem na superfície oceânica, tornando assim os maiores coletores solares do mundo. A ondomotriz como também é conhecida a energia das ondas pode ser extraída e convertida em energia elétrica por meio de flutuadores e vários outros equipamentos em desenvolvimento implantados nas áreas costeiras na qual chamamos de on-shore, totalmente imersos no mar, near-shore, e em águas mais profundas denominadas de off-shore. É perceptível a falta de livros didáticos sobre a abordagem da teoria das ondas, suas técnicas de modelagem e pesquisas de desenvolvimento sobre o tema. Onde o aprofundamento é de suma importância para o interesse contínuo onde causará um impacto relativamente positivo nos campos científicos e nas gerações energéticas futuras. 2.1 HISTÓRIA NO CONTEXTO MUNDIAL As primeiras propostas de geração e desenvolvimento da energia das ondas surgiram no fim do século XVIII, mais especificamente no ano de 1799 a primeira patente foi adquirida em Paris, onde um senhor chamado Girard e seu filho utilizaram a energia diretamente em maquinarias pesadas como moinhos e bombas fazendo os funcionar. Após um vasto período sem qualquer indicação do avanço sobre o tema, em 1910 Bochaux Praceique foi o inventor da primeira oscilação de coluna utilizando-a para alimentar a energia da sua casa. Por volta de 1940 o comandante da marinha japonesa Yoshio Masuda desenvolveu e experimentou vários dispositivos diferentes para utilização da energia das ondas do mar, o mais conhecido deles foi apresentado em 1969 na qual boias sinalizadoras utilizavam-se das ondas para alimentar o seu sistema energético. 15 Na década de 70 as pesquisas se intensificaram, mais precisamente em 1973 quando membros da Organização dos Países Árabes Exportadores de Aço (OAPEC), sigla em inglês, proibiu as exportações de petróleo causando assim uma crise energética no mercado petrolífero, forçando os países afetados à busca de energias alternativas. O Reino Unido foi o qual mais se destacou com o surgimento das pesquisas sobre energia das ondas pelos programas de I&D (Investigação e Desenvolvimento), após a descoberta da imensidade do potencial energético das ondas, vários países como Suécia, Portugal, Japão, EUA, Dinamarca e Noruega despertaram interesses na prática da obtenção e desenvolvimento dessa fonte energética. Em 1974 Stephen Salter publicou um artigo na revista cientifica Nature, onde o mesmo demonstra o desenvolvimento de um flutuador na forma de um conjunto de manivelas no mesmo eixo muito conhecido como “Salter’s Duck”, flutuador esse conhecido como um dos mais eficientes no quesito absorção de ondas. Mas no início dos anos 80, mesmo com a proposta de criação em larga escala de 2GW (GigaWatts) por Salter, o Reino Unido optou por concentrar seus recursos em usinas à carvão ou tecnologia nuclear, com esse acontecimento o processo de desenvolvimento que estavaocorrendo com as forças de ondomotriz praticamente se estagnaram. Mas a partir da década de 90, as atenções voltaram-se novamente para o desenvolvimento no sistema de energia das ondas, com a criação de vários protótipos de escala real sendo testados no mundo inteiro, esses protótipos estavam mais centralizados no Reino Unido e em Portugal. A energia total de uma onda depende de sua altura (h) e seu período (T), o litoral da Europa Ocidental é um dos melhores potenciais energéticos do mundo, pois nele se encontra ondas de nível médio capazes de fornecer 50KW (KiloWatts) de potência para cada metro de largura da frente de onda. O recurso global é por volta de 2TW (TeraWatts) onde esse valor é o mesmo que o consumo de energia global, tem-se como estimativa que é possível extrair entre 10% a 25% deste valor, podendo assim trazer uma maciça contribuição para as fontes energéticas. 16 2.2 HISTORIA NO CONTEXTO BRASIL No Brasil desde 2001 pesquisadores da COPPE – UFRJ trabalham no desenvolvimento e aperfeiçoamento da energia das ondas, onde o incentivo começou numa tese de mestrado. Foi construído um protótipo on-shore em escala real e instalado no porto do Pecém, localizado no Ceará em 2011. O sistema é capaz de gerar 100KW. Sendo considerada a primeira usina de energia das ondas da América Latina. Atualmente a usina encontra-se desativada. Um dos motivos da desativação da usina do Pecém se dá pelo fato de que um novo modelo near-shore já está sendo pesquisado e tem previsão para ser instalado em 2018 a dez quilômetros da praia de Copacabana, perto da ilha Rasa, área na qual pertence a marinha e terá capacidade energética para 70KW, antes mesmo de ser concluído pesquisadores levantam a hipótese de implantar um modelo off-shore onde terá bem mais potencial energético. A costa brasileira tem em torno de 14GW de potencial energético. Esse tópico terá uma maior explanação no capítulo 4 deste trabalho. 17 3 IMPACTOS AMBIENTAIS Ao se instalar uma usina de ondas resulta alguns impactos ambientais que podem ser tanto benéficos como não. Contudo, há apenas um conhecimento limitado a respeito deste assunto uma vez que não existem dispositivos instalados e em funcionamento cujo intervalo de tempo tenha permitido obter com exatidão todas as implicações decorrentes da instalação do mesmo no meio envolvente. Os impactos ambientais são na verdade específicos variados de acordo com o local no qual está instalado e ademais pode variar com relação a quantidade de dispositivos instalados e seus respectivos tamanhos. Outro fator influente para tais impactos são a distância onde os dispositivos estão instalados e se o mesmo é submerso ou apena semi submerso. Esses impactos têm ligação direta com a sensibilidades do habitat local. Ainda não existem provas de algum impacto desses sobre o ecossistema circundante, mas deve haver um cuidado durante os estudos de projetos em larga escala e para esses é recomendado pelo menos dois anos de estudos. Um exemplo disso é ao considerar um dispositivo instalado no Reino Unido onde é possível observar cabos elétricos enterrados a 1,5 m. Embora não haja um impacto significativo, pode acontecer de os dispositivos de energia das ondas possam atuar como dispositivos de concentração de de peixes criando um efeito de recife artificial que pode contribuir para o aumento das espécies e da biomassa. As empresas produtoras destes equipamentos têm realizado procedimentos específicos a fim de evitar essa aderência por parte da biomassa, usando quer pinturas antiaderentes ou pelo uso direto de defensivos. Além dessas medidas, o cloro tem sido utilizado para manter o controle da aderência destes organismos nos conversores. Pensar sobre o destino final de um grupo de conversores energéticos após o fim de sua vida útil é vital uma vez que abandonar essas estruturas no fundo do mar causaria uma alteração permanente no solo marinho transformando-as em recifes artificiais. Os impactos visuais dos mesmos podem ser nulos considerando que esses estejam afastados da costa ou sejam submersos e consideráveis se estiverem mais próximo da linha costeira, mas 18 com relação a serem semi submersos se forem afastados da costa seu impacto é reduzido. Visando a proteção dos conversores localizados próximos da costa podem ser implementados em adição estruturas de proteção costeira como quebra-mares ou molhes. As implantações de dispositivos costeiros devem ser feitas em locais que não destinados a zonas de lazer ou que tenham grande densidade elétrica. Podemos citar também ainda os impactos ambientais relacionados a ruídos, que apesar de muitas vezes serem negligenciados pode em alguns casos serem consideráveis. Um exemplo desse impacto é o que se passou na Ilha de Islay na Escócia onde a Coluna de Água Oscilante em dia calmo gerava um ruído que foi possível de se escutar a cerca de 200 metros de distância. Porém, muitas das vezes quando estes conversores se encontram em plena operação, o ruído tende a confundir-se com o barulho do vento e das ondas. Abafadores de ruídos são comumente utilizados nestes tipos de instalações, exceto naqueles que são pensados para se localizarem longe da linha costeira. Um outro impacto considerável ainda relacionado com os ruídos desses conversores é quanto as ondas sonoras percorrem grandes trajetos submarinos uma vez que essas podem trazer perturbações aos sistemas de comunicação e deslocamento de certas espécies, principalmente as focas, baleias e golfinhos. Deve-se ter o cuidado para que estes conversores não causem interferências nos caminhos migratórios ou nas bases de reprodução desses animais. A intensidade de tais interrupções seria proporcional ao tamanho do conversor. O projeto SOWFIA (Racionalização da Avaliação dos Impactos das Explorações de Ondas Marinhas), com um financiamento Europeu, avalia de forma coordenada e unificada os impactos ambientais e socioeconômicos do aproveitamento da energia das ondas. Ele realiza testes de energia por toda a Europa com protocolos e metodologias com o propósito de monitorar os receptores ambientais e avaliar a probabilidade e a importância desses impactos. Dividem-se em duas categorias: “o ambiente físico”, visto que a biosfera marinha está diretamente ligada ao ambiente físico e a segunda categoria é quanto a “flora e fauna” pois é lei e fornece dados para identificar impactos e benefícios. 19 4 ENERGIA DE ONDAS NO BRASIL A usina do Porto do Pecém foi a primeira da América Latina e está localizada no quebra-mar do Porto do Pecém em Fortaleza. Esta usina possui uma tecnologia totalmente desenvolvida nacionalmente e a estimativa é de que os dispositivos estejam completamente prontos para funcionar em 2020, o projeto é financiado pela empresa Tractebel Energia e conta com o apoio do governo do estado do Ceará. Esse projeto traz como principal inovação a construção em módulos, o que permite a ampliação da sua capacidade de geração de energia. Está instalada a 3 km da costa e ocupa uma área de 200 metros quadrados no Terminal de Múltiplas Utilidades do Pecém (TMUT), chega a produzir 100 KW – que é equivalente ao consumo de 60 casas de padrão médio e ademais pode ser utilizada para o abastecimento das instalações do próprio Porto do Pecém. A “usina-piloto” utilizando as ondas do mar foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e o estado do Ceará foi eleito considerando a regularidade dos ventos e frequência das oscilações marítimasuma vez que não atingem níveis elevados, mas são constantes aumentando assim a eficiência da usina de ondas. Dois enormes braços mecânicos foram instalados nas extremidades do píer do porto do Pecém. Em contato com a água do mar há uma boia circular onde são utilizados flutuadores submersos e também onde as ondas vão impulsionar a água do mar em direção a um reservatório dentro da usina. Lá ela é bombeada até que chegue a uma câmera hiperbárica que retém a água por alguns segundos, fazendo com que a pressão da agua aumente e então o jato pressurizado sai do compartimento com grande força e assim movimenta uma turbina que gera a energia. Segundo uma matéria do jornal O Globo o projeto do Pecém foi abandonado pelo Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE) pelo fim do contrato de pesquisa com a empresa Tractebel Energia. Isso se deveu uma vez que a COPPE está focada na nova usina de ondas em instalações no Rio, além disso o protótipo do Ceará necessitava de melhoras tecnológicas. 20 A partir do Projeto do Ceará foram criadas novas instalações no Rio de Janeiro, será instalado um conversor offshore a cerca de 14 km, da praia de Copacabana, ficará a uma profundidade para atender o equivalente a 200 casas residenciais uma parceria das empresas Furnas e a Seahorse Wave Energy. O projeto é economicamente viável e coloca o Brasil entre os países que buscam o domínio das tecnologias de aproveitamento das ondas, e ao contrário das usinas hidrelétricas e nucleares as usinas flutuantes não consomem combustíveis de nenhuma espécie e não exigem transportes de grandes equipamentos. 21 5 MODELAGEM Neste tópico será abordado os modelos analíticos de cada elemento do sistema apresentando, junto a isso, um contexto teórico para a compreenção lógica do processo de construção do equipamento envolvido. Contudo, deve-se entender primeiramente o sistema de armazenamento onde este é composto por subpartes: um acumulador hidropneumático e uma câmara hiperbárica. Devemos sempre levar em considertação que a maneira de armazenamento se dá a partir da compressão do ar que ocorre em sua maior parte na câmara. Desse modo, partiremos explicando os mecanismos do acumulador hidropneumático, apresentado na figura 1, tendo em sua estrutura um êmbolo móvel que se movimenta verticalmente dependendo da pressão causada por Figura 1. Acumulador Hidropneumático Figura 2. Câmara hiperbárica BOZZI, Fabrício. 2012. BOZZI, Fabrício. 2012. 22 ele ou a interação do volume do fluido no interior do sistema, vale afirmar que o movimento do êmbolo despresará o atrito. Neste mesmo objeto estará fixado uma haste que determina visualmente a posição da parte em questão. Assim, já a câmara hiperbárica, mostrada na figuara 2, é um compartimento do sistema onde se localiza na parte superior do acumulador tendo por função principal manter a pressão a um dado volume. Sendo ela, sobretudo, o dispositivo a qual armazena o ar comprimido. É cabível frisar que, nesta modelagem o atrito e a transferência de calor com o meio externo será ignorado e os fluidos analisados foram considerados não compressíveis. Se observarmos a figura 1, a princípio perceberemos que não há fluxo de água promovido pelo pistão. Então, para encontrar a velocidade do jato d`água no sistema utilisaremos a Equação de Bernoulli, na figura 3, já que esta relaciona pressão e velocidade, pois são variáveis envolvidas no processo. A equação de Bernoulli é representada da seguinte maneira, 𝑃 + 1 2 𝑝𝑣2 + 𝑝𝑔ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒. Onde, P,p,v,g e h significam pressão, densidade, velocidade, aceleração da gravidade e altura do liquido, respectivamente. A respeito dos flutuadores do braço mecânico que fica em contato com o mar, estes obdecem o movimento das ondas. Este movimento a partir da onda senoidal promove um injetamento do fluido, já contido na extenção do braço acoplado com os flutuadores, ocorrem em noções de pulsos semelhante o fluxo de sangue de um corpo bombeado pelo sistema cardiovascular. Os movimentos de subida e descida do flutuador poderá ser melhor expressada na figura 4 esquematizando o volume versus tempo: Figura 2. Posição do Flutuador – Vazão de Entrada BOZZI, Fabrício. 2012. 23 Posteriomente, com a descrição da modelagem de armazenamento, podemos explicar as estruturas da turbina, neste caso, a de Pelton ilustrada na figura 5, as pás e o jato d`água evidenciando na imagem o chocamento do fluido com uma das pás fazendo-a girar e consequentemente ao converter energia cinética em elétrica forneceremos a energia ao gerador. A turbina Pelton é utilizado, geralmente, quando a intensidade da colisão da água a a pá simulam quedas d`água entre 350m a 1100m. Sendo este equipamento, um dos mais eficientes e sua qualidade aumenta quando é operada com velocidades elevadas. Assim, as pás giram produzindo mais energia. Em suma, a energia proveniente das ondas se dá por vários dispisitivos que tem por função básica bombear água através dos movimentos dos flutuadores ao estarem em contato com as ondas do mar. Com esses movimentos dos flutuadores, os braços mecânicos pressionam o fluido contido na bomba hidráulica com o pistão injetando, assim, água para o acumulador, isso somente ocorre quando o bombeamento produzido pelo movimento do flutuador conectado com o braço movimenta para baixo, ou seja, descida. Com isso, os pulsos de jatos d`água ficam armazenados no acumulador hidropneumático a alta pressão. Esse armazenamento hidráulico é indispensável, pois é a partir dele que controlamos a vazão para compatibilidade com a geração de energia. Figura 4. Turbina Pelton BOZZI, Fabrício. 2012. 24 Após a água ser injetada no acumulador a mesma é direcionada para a turbina por um injetada para a turbina por um injetor regulado, que impulsiona água conforme a quantidade de energia idealizada. O êmbolo do acumulador, por sua vez, se desloca à medida que a água é liberada. Quando a água se choca com as pás da turbina, do tipo Pelton, gera um torque, uma rotação da turbina ou melhor o eixo do gerador que está acoplado a turbina. Essa rotação tem uma velocidade condizente para converter a energia cinética em elétrica. Podemos entender melhor analisando a figura 6, que ilustra todo o processo. Figura 5. Sistema de energia elétrica a partir das ondas do mar. BOZZI, Fabrício. 2012. 25 6 CONVERSORES ONDOMOTRIZES Vários dispositivos para captação de energia das ondas vêm sendo estudados, desenvolvidos e alguns já têm sido utilizados tanto em teste quanto para a distribuição comercial dessa energia. Cada dispositivo tem uma característica particular seja em seu formato, peso ou seu funcionamento, mas todos são pensados com um único objetivo. Um dos mais conhecidos são os conversores Pelamis utilizado na Fazenda de Ondas Aguçadoura em Portugal, ademais há os conversores Azura que estão em fase de testes no estado americano do Havaí e o BioWave que foi implementado no estado australiano de Vitória. O seguinte tópico dedica-se a explicação do funcionamento de cada conversor desses supracitados e mais alguns adicionais. 6.1 Pelamis Este gerador é sempre um dos mais lembrados quando o assunto é conversores de energiaondomotriz. Foi largamente produzido e testado pela empresa Pelamis Wave Power e vendido para vários países que estão na corrida para a obtenção dessa energia renovável. Este equipamento se trata de um cilindro de 150 metros de comprimento e 3.5 metros de diâmetro, pesa aproximadamente 700 toneladas e é composto por três módulos independentes. Este conversor tem potência total de 750 kW e anualmente 2.7 GWh. A figura 1 abaixo mostra este conversor. Figura 6. Gerador Pelamis MANOJ, Victor. 2014. 26 Cada gerador se conecta a quatro dispositivos flutuantes iguais ao acima mostrado e cada um está interligado por meio das articulações que são movimentadas por meio do movimento de sobe e desce das ondas e essa movimentação aciona dispositivos hidráulicos dentro da máquina e que por sua vez acionam os geradores e consequentemente produzem energia elétrica e essa energia e transportada através de cabos submarinos até uma subestação terrestre. Este equipamento foi um dos primeiros offshore a serem produzidos e são capazes de gerar energia a nível comercial. 6.2 Azura O conversor Azura, fabricado e vendido pela empresa americana Northwest Energy Innovations (NWEI), se diferencia dos demais conversores uma vez que este capta a energia de ambos o calor e movimento das ondas. Produz sua energia através do movimento entre o espaço e a boia, sendo que a força das ondas faz com que o dispositivo na boia faça movimentos de 180º ou de até 360º. Com essa rotação o gerador é ativado e conduz a eletricidade para uma rede por meio de cabos que se estendem abaixo das águas. Este dispositivo também possibilita que a energia seja captada em uma grande variação de condições das ondas melhorando assim a sua eficiência. A figura 2 a seguir mostra um exemplo deste dispositivo. Figura 7. Conversor Azura NORTHWEST ENERGY INNOVATIONS. 2015. 27 6.3 BioWave Diferente dos conversores anteriormente discorridos o conversor BioWave não é um dispositivo somente flutuante, mas fica localizado no solo subaquático com apenas uma pequena parte para fora da água com o objetivo de evitar as fortes pancadas das ondas maiores. Com este esquema, é possível absorver ambas energias da superfície e de baixo d’água. Atualmente este dispositivo está em fase de teste e se encontra em uma profundidade máxima de 30 metros e tem potência total de 250kW, contudo o modelo comercial é pensado ser posicionado em profundidade entre 40 a 45 metros. As pás do BioWave captam a energia potencial através do subir e descer das ondas enquanto que a parte imersa do dispositivo capta a energia cinética do movimento de vai e vem que se passa abaixo da superfície aquática. A energia adquirida desses movimentos é convertida em energia elétrica por um módulo de conversão de energia que contém um sistema hidráulico que converte a energia mecânica desses movimentos em pressão de fluídos que por sua vez movimentam o gerador. Essa energia é enviada uma rede assim como os demais conversores, através de cabos subaquáticos. Segue abaixo um modelo do BioWave. 6.4 Dragon Wave Este dispositivo por sua vez é um conversor ondomotriz flutuante. Esse é composto basicamente por dois refletores de ondas que focam as mesmas em Figura 8. Conversor BioWave COXWORTH, Ben. 2011. 28 direção a uma rampa. Atrás dessa rampa há uma espécie de reservatório que armazena a água que entra temporariamente e logo é expelida através de turbinas hidráulicas. Junto desses refletores existem alguns outros componentes que são eles um corpo principal com uma rampa duplamente curvada, uma armação reforçada de aço, um dispositivo de amarração e turbinas com hélices e geradores magnéticos. A construção desse equipamento pela empresa responsável é realizada dependendo das condições das ondas em cada local onde se pretende instalá-lo. O corpo, ou plataforma, principal é basicamente um grande reservatório flutuante. Esse corpo especificamente está situado no topo dessa plataforma. Uma de suas características principais é que há um ajuste automático de sua altura flutuante de acordo com a variação da altura das ondas. Isso é possível devido a mudança da pressão de ar nas câmaras de ar abertas. Uma outra plataforma flutuante e estável é montada atrás da plataforma principal para garantir sua estabilidade. A rampa duplamente curvada junto dos refletores de ondas, por suas vezes, maximizam a eficiência aquática sendo que esses refletores, acoplados na plataforma principal, levam as ondas em direção a rampa. Quanto ao sistema de amarração visam interagir com o dispositivo para que reduza as forças das ondas no Wave Dragon e além disso ajustem os refletores de ondas. Já os geradores magnéticos giram em uma velocidade devagar e variável garantindo o modo mais eficiente de transformar essa energia. Esse equipamento é mostrado na figura 4 abaixo. PARMEGGIANI, Stefano. 2013. Figura 9. Conversor Dragon Wave 29 7 PAÍSES INVESTIDORES 7.1 Portugal Países localizados na Costa Atlântica da Europa, na Costa Norte do Reino Unido, nas Linhas Costeiras Pacíficas da América do Norte e do Sul, na África do Sul, na Austrália e na Nova Zelândia observaram o grande potencial existente para se obter energia elétrica provenientes das ondas marítimas e decidiram assim investir nesse tipo de energia renovável. Ao se falar em tal tipo de energia, Portugal sempre está entre um dos principais e mais citados países que se utilizaram ou se utilizam dela. Esse país deu o pontapé inicial ao criar a primeira usina de uso comercial de energia obtida através de ondas ao instalar uma fazenda de ondas, a Aguçadora, que fica há cinco quilômetros da costa do país. No fim de 2008 a Aguçadoura produzia 2.25 MW para parte da população de um vilarejo próximo, que leva o mesmo nome da fazenda de ondas, por meio de três geradores Pelamis, o qual você pode ver na figura 1 ao lado. Estava nos planos da empresa EDP (Energias de Portugal) instalar outras vinte e oito máquinas como esta para aumentar em dez vezes a quantidade de energia produzida, objetivando a produção e distribuição de 22.5 MW para um maior número de residências no vilarejo. Esse era um plano realista já que essa é a forma mais promissora de energia de Portugal, considerando que ondas grandes e poderosas oriundas do Atlântico se dirigem a extensa linha costeira do país. Ademais o projeto teve grande apoio tanto por parte do governo português quanto por empresas privadas que decidiram financiar a obra. Apesar de vários apoios e custeamentos e de parecer uma usina promissora para Portugal, problemas técnicos se passaram com os três geradores que logo tiveram de ser retirados para um eventual conserto que se concretizou, mas não foi devolvido às águas uma vez que estava agora sendo investido em outro gerador Pelamis. Embora os planos portugueses não tenham dado certo eles continuam a investir nessa energia e saem na frente. Figura 10. Gerador Pelamis CULTURA MIX, 2016. 30 7.2 Estados Unidos O estado americano do Havaí após a sanção de uma lei havaiana que visa a substituição de todas as energias não renováveis para energias renováveis até o ano de 2045 pretende se tornar o primeiro estado americano a ter toda sua energia oriunda de fontes renováveis. O primeiro passo para o cumprimento de tal lei foi a instalação do gerador Azura de 45 toneladas no fundo do mar havaiano além de uma boia que captaa energia das ondas e a transporta através de um cabo submarino de aproximadamente 1,6 km de extensão até uma base militar. Esse gerador é bem diferente do gerador Pelamis utilizado na fazenda de ondas Aguçadora em Portugal e pode ser visto na figura 2 ao lado. Esta máquina funciona através de um dispositivo em seu centro que pode se movimentar realizando uma rotação de 360º ou simplesmente para frente e para trás e esses movimentos acionam dispositivos que convertem esta energia elétrica através dos geradores. Um dos seus diferenciais e que o torna mais eficiente é o fato de que este gerador é capaz de captar energia do subir e descer das ondas e não somente de lado a lado. Ademais foram produzidos para suportar as frequentes tempestades ocorridas no local e também é os efeitos corrosivos do sal marinho. Este tipo de energia está em teste durante um ano na ilha de Oahu, uma das ilhas havaianas, sob responsabilidade da marinha americana e pretende-se que a energia ondomotriz assuma um importante papel em um futuro próximo. Após esse período de testes, é plano que haja uma extensão da quantidade desses geradores e consequentemente maior produção de energia. Espera-se também que os mesmos aproveitem a energia de ondas maiores e funcionem em profundidades de até 45 metros. Tudo - principalmente a geografia do estado, favorece o uso deste tipo de energia até o presente momento uma vez que é cercado pelo Oceano Pacífico e recebe ondas de mais de 21 metros em algumas ilhas. Estima-se que a quantidade máxima de energia possível de se obter proveniente das ondas marítimas no Havaí é de 80 TWh/ano. Figura 11. Gerador Azura PHYS.ORG, 2016. 31 7.3 China A China por sua vez não fica muito longe desses dos países anteriormente discorridos. Este país dispõe de uma linha costeira com altos potencias mercantis e o órgão responsável pela administração oceânica da China calcula em aproximadamente 12.85 x 1010 W a quantidade de energia disponível nas suas linhas costeira. O governo chinês investiu pesado e continua a investir para o progresso desse tipo de energia, foi investido $ 163.4 milhões de dólares para o avanço em energias renováveis e especificamente energia marinha. Para tanto foi fechado vários acordos e acertadas muitas parcerias para o avanço da energia ondomotriz. Em março de 2015, a China fechou acordo com a empresa israelense Eco Wave Power para a construção de uma planta de onda que seja capaz de gerar 100 kW de energia na ilha Zoushan. Ademais foi anunciado uma parceria entre uma empresa privada chinesa e uma outra empresa israelense que planejam construir uma empresa maior do que a planejada pela Eco Wave Power. Além do fechamento de acordo entre essas grandes empresas, a Universidade Oceânica de Shandong da China já trabalha também com o gerador Pelamis em uma parceria feita com o Centro de Energia Marinha Europeia. A BioPower Systems junto com uma das maiores empresas chinesas, a Shanghai Electric, também buscam desenvolver uma tecnologia de ondas comerciais e para tanto investem em um gerador diferente dos demais até então apresentados. O gerador chamado também chamado BioPower fica abaixo da superfície marítima e tem uma movimentação de vai e vem ocasionada pelas ondas. Nesse sistema um embolo é puxado acionando o gerador que por sua vez armazena e transporta a energia. Embora só recentemente tenha havido um maior interesse na obtenção de energia das ondas, a China na verdade vem pesquisando essa área desde o ano de 1970 quando uma boia capaz de produzir apenas 1 kW foi desenvolvida e testada na ilha de Shengshan. Esse país tem se utilizado dos conversores Shoreline Oscilating Water Column (OWC), Wave Power Plants, Wave Power Plants boias oscilantes, e Wave Power Plants pendulo. Apesar desta quantidade utilizada, as universidades buscam por conversores mais eficientes. 32 7.4 Dinamarca Localizada próximo ao Mar do Norte, a Dinamarca possui grande potencial em sua linha costeira do Noroeste. Contabiliza-se que é possível que o país disponha de até 30 TWh/ano com maior concentração no Oeste. Muitas empresas nacionais como o Instituto Hidráulico Dinamarquês (DHI), o Instituto Marítimo Dinamarquês (DMI), a Universidade de Aalborg, a Universidade Técnica da Dinamarca e a Associação de Energia das Ondas Dinamarquesa tem desenvolvido pesquisas e testes nesta ramificação de energias renováveis. Para testes então foram utilizados os conversores Wave Dragon e Wave Star e segundo Sam Kammer “[...] sobreviveram de três a quatro anos de testes no oceano. ” Embora tenha suportado essa quantidade de tempo, uma extraordinária tempestade atingiu o Wave Dragon em 9 de janeiro de 2005 e inundando os seus compartimentos e impossibilitou o seu correto funcionamento. Entretanto, pesquisas e teste continuam sendo realizadas nos oceanos sob responsabilidade oficial da Nissum Bredning Estação de Teste para Ondas Marítimas. No ano de 2008 a estação de teste passou por melhorias e instalação de novos equipamentos. Algumas dessas melhorias foram a acessibilidade, a instalação de dois guinchos, uma ancoragem de apenas 8 metros e equipamento de configuração de dados. Os testes de ambos conversores previamente discorrido nessa página findaram no ano de 2009 e para estes testes a estação de teste Nissum Bredning teve um papel vital uma vez que ela foi projetada com inúmeras facilidades de acesso e as companhias não precisavam gastar com o investimento em empresas de testes. O programa de desenvolvimento de energia ondomotriz foi dividido em três fases sendo que a primeira era voltada para o apoio e doze projetos, a segunda para apoio e um projeto (Wave Dragon) e a terceira para apoio apenas. Embora a primeira fase tenha se concluído com sucesso o projeto foi abandonado após o termino da segunda fase devido a mudança de governo em 2002 e desde então o apoio para esse desenvolvimento se dá apenas por investidores particulares e empresas privadas. 33 8 FUTURO DA ENERGIA ONDOMOTRIZ A cada ano que passa aumentam o número de pesquisas e desenvolvimento de conversores a serem utilizados na absorção da energia das ondas. Além do fator ecológico, há outras motivações que levam o homem a buscar esse tipo de energia e uma delas é o prêmio Wave Energy concedido pelo departamento americano de energia que busca candidatos que desenvolvam melhores conversores energéticos de ondas e visa cortar a produção de eletricidade pela metade se utilizando da energia ondomotriz. O vencedor de tal prêmio leva $ 1.5 milhão de dólares como forma de incentivo a desenvolver mais equipamentos. Com base nesses estudos e desenvolvimentos, os cientistas esperam que a energia das ondas seja a energia mais consistente dentre todos os outros tipos de energias renováveis. Ademais o Conselho Mundial de Energia acredita que 2 milhões de megawatts de energia podem ser produzidos dos oceanos através das ondas estando isso em harmonia com a esperança do mundo científico. Embora a energia das ondas atualmente não esteja sendo distribuída em escala comercial, experts afirmar que o futuro é promissor e essas tecnologias não custarão absurdos ao passo que a tecnologia é melhorada e mais sistemas são desenvolvidos. De acordo com estudos realizados, por volta de 2025 apenas no Noroeste Pacífico estará sendo extraído aproximadamente 500 megawatts, o que equivale a cinco grandes fazendas de ondas. Além de um crescimento econômico e a diversificação das matrizes energéticas, o que mais se visa no futuro é o lado ambiental uma vez que a energia ondomotrizreduzirá a emissão de gases causadores do efeito estufa. 34 9 CONCLUSÃO Conforme o mundo está evoluindo, as necessidades de meios de produção de energia cada vez mais aumentam. E em perspectivas futuras, uma carência mundial de energia será uma das questões em debate. Atualmente, sabe-se que as fontes minerais suprem a demanda de consumo global. Contudo, essas fontes além de promoverem impactos ambientais, também se firmam como recursos que, nos próximos tempos, pontuarão o seu limite de fornecimento. Desse modo, é imprescindível a utilização de novos meios de energia que ao mesmo tempo seja renovável. Neste contexto, países principalmente europeus já incluíram na sua matriz energética fontes alternativas que não causem problemas ambientais, temos como exemplos: eólica e solar, formas de energias viáveis. Assim, uma outra energia que é o conteúdo abordado nesse trabalho, é a energia das ondas, ainda pouco utilizada em escalas mundiais, mas que em alguns países como Brasil e Portugal são consideravelmente trabalhados, sendo esta vertente uma opção para o futuro, já que a energia supracitada se enquadra no perfil de alternativa e renovável, tendo aspectos que estão sendo muito visados nestes últimos anos. A partir do que foi descrito neste trabalho, percebemos o quão viável é a energia proveniente das ondas, hoje, com os cuidados econômicos, políticos e ambientais se tornou recorrente a busca por tecnologias que auxiliem e futuramente substitua os tipos de produção de energia que exacerbadamente nesta sociedade contemporânea se utiliza. Para melhor esclarecimento a energia das ondas que também podemos chamar de ondomotriz, provém do uso das ondas marítimas. É um espécime de energia limpa, ou seja, sem quaisquer danos para o meio ambiente. A ondomotriz é um artifício novo apesar de ser pesquisada desde o século XIX. Em 2008 em Portugal, no Parque de Ondas da Aguçadoura, se tornou um pólo baluarte no que se diz respeito a instalação e desenvolvimento de dispositivos técnicos geradores da energia das ondas. As máquinas a serem 35 utilizadas chamadas Pelamis, que do latim significa serpente marinha, nome dado por os equipamentos se assemelharem com o mesmo. Países como Reino Unido, Portugal, Noruega e o Japão estão incluindo esses tipos de tecnologias em seu prol com o intuito de amenizar os impactos ambientais que seu próprio país promove. Sobretudo, pelo o baixo custo e no desenvolvimento tecnológico da nação em recriar técnicas que aperfeiçoem essa nova modalidade de geração de energia renovável. Também em terras brasileiras há desde novembro de 2012, funcionando na Usina de Pecém, localizada no quebra-mar do Porto do Pecém no Ceará, nordeste do Brasil. A usina se usufrui de tecnologia própria do seu país criada pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, sendo a precursora dessa tecnologia na América Latina. Considerada um projeto de sucesso, deve voltar à ativa no ano de 2017, porém em outra região do Ceará. Por fim, encontrar novos métodos de obtenção de energia está sendo um dos obstáculos para a sociedade. E a tecnologia envolvida na geração de energia através das ondas marítimas propõe uma inovação no setor energético, pois esta mostra vantagens desde o custo do material envolvido até em questões ambientais por não produzir qualquer tipo de poluição. Sendo assim, portanto, uma opção para a humanidade e o ramo técnico-científico seguirem. 36 REFERÊNCIAS AGUÇADOURA Wave Farm, Portugal. The Greenage, Portugal, 20 nov. 2016. Disponível em: <http://www.thegreenage.co.uk/cos/agucadoura-wave-farm- portugal/>. Acesso em: 20 nov. 2016. BIOWAVE. Biopower Systems, [S.l.], 20 nov. 2016. Disponível em: <http://www.biopowersystems.com/biowave.html>. Acesso em: 20 nov. 2016 BUARQUE, Beatriz. O Brasil avança nos testes... Observatório de Energia Renováveis, Rio de Janeiro, 2016. Disponível em: <http://www.renenergyobservatory.org/br/single-news/ondomotriz.html>. Acessado em: 20 nov. 2016. BUSSEWITZ, Cathy. America's first wave-produced power goes online in Hawaii. Phys, Hawaii, 19 set. 2016. Disponível em: <http://phys.org/news/2016- 09-wave-produced-electricity-online-hawaii.html>. Acesso em: 20 nov. 2016. CHINA gets serious about offshore energy resources. Eco-business, China, 22 nov. 2012. Disponível em: <http://www.eco-business.com/news/china-gets- serious-about-offshore-energy-resources/>. Acesso em: 20 nov. 2016. CHINA to advance wave energy with three test sites. Tidal Energy Today, China, 29 maio 2015. Disponível em: <http://tidalenergytoday.com/2015/05/29/china-to-advance-wave-energy-with- three-test-sites/>. Acesso em: 20 nov. 2016. CRUZ, João M.P.B.; SARMENTO, António J.N.A. Energia das Ondas. Instituto do Ambiente, 2004. Disponível em: <http://energiasrenovaveis.com/images/upload/Energias_ondas_Cruz_1.pdf>. Acesso em: 20 nov. 2016. CRUZ, Joao. Ocean Wave Energy: Current Status and Future Prespectives. Bristol, Reino Unido: Ed. Springer, 2008. EXPERIMENTAL Study Related to the Mooring Design... MDPI, Basel, Suíça, 2013. Disponível em: <http://www.mdpi.com/1996-1073/6/4/1863/htm>. Acesso em: 20 nov. 2016. 37 HAVAÍ vai usar a energia das ondas para tornar-se 100% autossustentável. Portal do mar, [S.l.], 06 out. 2015. Disponível em: <http://portaldomar.blogspot.com.br/2015/10/havai-vai-usar-energia-das- ondas-para.html>. Acesso em: 20 nov. 2016. MAEGAARD, Preben. The Danish Achievements within Wave Energy. Folke Center, [S.l.], 2009. Disponível em <http://www.folkecenter.net/gb/rd/wave- energy/achievements/>. Acesso em: 20 nov. 2016. NATURAIS, Recursos. Energia Maremotriz. Meio Ambiente Cultura mix, [S.l.], 2011. Disponível em <http://meioambiente.culturamix.com/recursos- naturais/energia-maremotriz>. Acesso em: 20 nov. 2016. NORTHWEST Energy Innovations Launches Wave Energy Device in Hawaii. Azurawave, Hawaii, 09 junho 2015. Disponível em: <http://azurawave.com/northwest-energy-innovations-launches-wave-energy- device-in-hawaii/>. Acesso em: 20 nov. 2016. OCEAN Wave Energy. Boem, [S.l.], 20 nov. 2016. Disponível em: <https://www.boem.gov/Ocean-Wave-Energy/>. Acesso em: 20 nov. 2016. PELAMIS, World’s First Commercial Wave Energy Project. Power-technology, Agucadoura, Portugal, 20 nov. 2016. Disponível em <http://www.power- technology.com/projects/pelamis/>. Acesso em: 20 nov. 2016. PERISTER, Merve. History of Wave Energy. PREZI, [S.l.], 27 nov. 2014. Disponível em: <https://prezi.com/taeyk6j7o8rk/history-of-wave-energy/>. Acesso em: 20 nov. 2016. REIS, Leonardo. História da Eletricidade. Mundo Ciência, [S.l.], 23 julho 2016. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fisica/historia-da- eletricidade/>. Acesso em: 20 nov. 2016. SPECIFICATIONS. Wave Dragon, [S.l.], 2005. Disponível em: <http://www.wavedragon.net/index.php?option=com_content&task=view&id=7 &Itemid=7>. Acesso em: 20 nov. 2016. 38 TORELLI, Gabriel. Pelamis - Energia das ondas. Toxina Digital, Brasil, 19 jan. 2011. Disponível em: <http://toxinadigital.blogspot.com.br/2011/01/pelamis- energia-das-ondas.html>. Acesso em: 20 nov. 2016. WAVE energy in Europe: current status and perspectives. Science Direct, [S.l.], 20 nov. 2016. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032102000096>. Acesso em: 20 nov. 2016. WAVE Energy. Open EI, [S.l.], 02 abril 2015. Disponível em: <http://en.openei.org/wiki/Wave_Energy#History>. Acesso em: 20 nov. 2016. UNIVERSIDADEFEDERAL DO CEARÁ CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CAMPUS SOBRAL
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