Energia a partir das ondas do mar será gerada por bóias submarinas

Catherine Brahic
NewScientist
19/06/2007

Energia das ondas do mar gerada por bóias submarinasElas se parecem um pouco com minas submarinas, mas têm um objetivo bem menos sinistro - os primeiros desses equipamentos geradores de energia a partir das ondas do mar deverá emergir das profundezas do oceano na costa do Reino Unido em 2008.

Energia das ondas

A empresa AWS Ocean Energy desenvolveu a bóia submarina que retira energia das ondas a 50 metros abaixo da superfície. Segundo a empresa, como o equipamento é inteiramente subaquático, ele não sofre danos causados pelas tempestades como acontece com outros equipamentos que geram energia a partir das ondas, além de não interferir com a navegação.

As primeiras cinco bóias de teste serão ancoradas no fundo do mar no próximo ano, na costa da Escócia. A energia é gerada pela alteração na pressão que as ondas causam ao fazer subir e descer a coluna de água no interior das bóias.

Bóias submarinas

As bóias são ocas e cheias de um gás de alta compressão, que permite que a metade superior da bóia se mova para cima e para baixo. Quando uma onda passa sobre ela, na superfície, a água adicional armazenada no topo da bóia aumenta a pressão da água e a metade superior da bóia é pressionada para baixo.

Quando a onda se vai, a coluna de água é menor, baixando a pressão e fazendo com que a metade superior suba. É esse balanço de sobe-desce que movimenta o gerador no interior da bóia.

Segunda a empresa, a energia elétrica para abastecer uma cidade de 55.000 habitantes precisará de meio quilômetro quadrado de área do fundo do mar, coberta por 100 bóias submarinas.

Dossier: Energia dos Oceanos
   
As várias energias do oceano

Têm sido associadas aos oceanos diversas formas de energias potencialmente utilizáveis. Não serão aqui considerados os recursos energéticos abaixo do fundo (combustíveis fósseis offshore) ou acima da água (energia eólica offshore).

- Energia das marés: Tecnologia convencional, associada aos aproveitamentos hidroeléctricos de baixa queda e à construção de protecções costeiras e portuárias. A inexistência de condições naturais favoráveis (amplitudes de marés superiores a cerca de 5 metros) torna esta tecnologia pouco interessante em Portugal.

- Diferencial térmico (Ocean Thermal Energy Conversion ou OTEC): Potencialmente interessante em regiões costeiras com águas superficiais relativamente quentes (em média superiores a 25-28°). De interesse praticamente nulo em Portugal.

- Gradiente salino: Tecnologia em fase inicial de desenvolvimento, potencialmente importante se for bem sucedida. Desconhece-se qualquer actividade de I&D em Portugal. Pode justificar-se o acompanhamento do seu desenvolvimento.

- Correntes marítimas. Essencialmente as que são devidas à acção das marés, e atingem velocidades relativamente elevadas (até cerca de 2 m/s em média) em zonas confinadas (em grande parte dos casos estreitos formados por ilhas). Tem vindo a despertar interesse crescente na Europa (protótipos financiados pela Comissão Europeia), em especial no Reino Unido e Itália. A tecnologia tem semelhanças com a das turbinas eólicas. Em Portugal, o recurso potencialmente utilizável é relativamente pequeno: apenas ocorrem velocidades minimamente interessantes em estuários, onde o aproveitamento desta energia pode ser ambientalmente sensível. Parece justificar-se fazer um estudo exploratório.

- Energia das ondas: A tecnologia (de energia dos oceanos) em que na última década mais se tem investido em termos de I&D, em especial na Europa e alguns outros países. As regiões costeiras portuguesas estão entre as que têm melhores condições naturais a nível europeu e mesmo mundial. Portugal conta-se entre os países pioneiros em I,D&D. Dois dos poucos protótipos de dimensão industrial estão em Portugal: um em fase inicial de operação (ilha do Pico) e outro em fase final de construção (Viana do Castelo). Genericamente, a tecnologia pode considerar-se em fase pré-comercial.
O presente documento incide essencialmente sobre o aproveitamento da energia das ondas.

A tecnologia

A situação actual caracteriza-se por uma substancial variedade de dispositivos e métodos de extracção de energia das ondas, o que indica haver ainda um espaço relativamente amplo para desenvolvimento. Não se atingiu a situação de convergência para uma tecnologia dominante que caracteriza outras formas de energia mais convencionais (caso das turbinas de eixo horizontal para energia eólica). É possível que se venha a convergir para um pequeno número de soluções tecnológicas distintas, adequadas a situações diferentes (à semelhança dos vários tipos de turbinas hidráulicas apropriadas conforme a altura de queda).
Têm sido propostos diversos critérios para classificar os sistemas de extracção de energia das ondas. Por simplicidade consideram-se apenas aqui dois grupos:

- Sistemas na costa (ou próximos da costa). Estão normalmente localizados em águas pouco profundas (8-20 m), apoiados directamente na costa, ou próximos dela (possivelmente associados a obras de protecção costeira ou molhes portuários). São por vezes considerados de primeira geração, por serem praticamente os únicos que atingiram a fase de protótipo. O sistema de coluna de água oscilante é o tipo mais bem sucedido. A tecnologia envolvida é relativamente convencional. A peça de equipamento mais específica é uma turbina de ar que acciona um gerador eléctrico. A central da ilha do Pico é deste tipo, tal como a igualmente recente central da ilha de Islay (Escócia). Os problemas de transporte de energia para terra e de acesso para manutenção são de relativamente fácil resolução. Em contrapartida, a localização depende dum conjunto de factores geomorfológicos favoráveis na vizinhança imediata da costa, e os bons locais para construção não abundam.

Sistemas em águas profundas (offshore) (normalmente em profundidades de 25-50 m), por vezes designados de segunda geração. Têm sido estudados dispositivos muito variados, sem que pareça ter surgido um tipo que domine os restantes como o mais vantajoso e promissor. Em geral o órgão principal é um corpo oscilante flutuante ou, mais raramente, totalmente submerso. O sistema de extracção de energia pode ainda utilizar a turbina de ar, ou equipamentos mais sofisticados (sistemas óleo-hidráulicos, motores eléctricos lineares, etc.). O sistema AWS, com tecnologia essencialmente holandesa, é um dos raros que atingiram a fase de construção de protótipo. Os sistemas offshore estão menos dependentes das condições de costa, e (em longas séries ao longo da costa) são os mais adequados para o aproveitamento da energia das ondas em grande escala. As dificuldades associadas à sua maior complexidade, transporte de energia para terra, amarração ao fundo e acesso para manutenção têm impedido que o seu grau de desenvolvimento atingisse o da coluna de água oscilante.
Uma boa eficiência de extracção de energia está associada condições de ressonância com as ondas, o que tem implicações sobre as dimensões máximas dos sistemas. Daqui resulta na prática que os sistemas (tal como na energia eólica) deverão ser modulares, com potências por unidade que não excedendo alguns megawatts, o que aponta para o fabrico em série.
Qualquer que seja a tecnologia utilizada, a variabilidade da potência produzida está dependente da variabilidade do próprio recurso energético (sazonal, e com o estado de mar), à semelhança do que sucede com a energia eólica. As flutuações associadas à escala de tempo do período da onda (cerca de 10 segundos) podem ser mais ou menos bem filtradas, conforme o sistema e a sua capacidade de armazenamento de energia (por exemplo num volante de inércia).
O impacto ambiental é variável conforme o tipo de sistema e, especialmente, a sua localização. Para os sistemas na costa o impacto é essencialmente visual. O principal impacto dos sistemas offshore está associado a interferências com a navegação e pesca. Nas explorações offshore em grande escala, é de prever alteração (embora provavelmente não muito significativa) do regime de agitação marítima que atinge a costa, com a consequente modificação do transporte de sedimentos. O impacto na vida marinha é provavelmente pouco significativo. Os sistemas de coluna de água oscilante, e outros utilizando turbina de ar, produzem ruído, que no entanto pode ser atenuado (se necessário) recorrendo a técnicas convencionais. Dum modo geral, a utilização da energia das ondas é uma tecnologia relativamente benigna do ponto de vista ambiental.

Comparação com outras tecnologias energéticas

A conversão de energia a partir das ondas apresenta claras semelhanças com a eólica. Dado que as ondas são produzidas pela acção do vento, os dois recursos apresentam idêntica irregularidade e variação sazonal. Em ambos os casos extrai-se energia dum meio fluido em movimento e de extensão praticamente ilimitada.
A natureza ondulatório do mar (em comparação com o simples movimento de velocidade mais ou menos constante do vento) está na origem da maior complexidade de concepção de sistemas de conversão. Em compensação o recurso energético das ondas apresenta maior concentração espacial (numa camada de algumas dezenas de metros abaixo da superfície) do que a energia eólica. Em ambos os casos, os sistemas de aproveitamento são modulares, com potências instaladas por unidade previsivelmente inferiores à dezena de megawatts.
A maior complexidade dos sistemas de conversão e a maior agressividade do meio explicam o atraso da tecnologia das ondas em relação à eólica. Por outro lado, enquanto que no vento se convergiu para uma tecnologia bem definida (turbina de eixo horizontal), nas ondas a tecnologia tem-se dispersado por diversas concepções, o que também traduz uma realidade física mais variada (sistemas costeiros e offshore).


A situação internacional

Na Europa, tem havido I,D&D no Reino Unido, Irlanda, Dinamarca, Holanda, Noruega, Suécia e (em menor grau) em França (além de Portugal). O recurso das ondas é particularmente favorável na Irlanda e Reino Unido (Escócia). Foi recentemente anunciada (Julho de 2001) pelo Governo (regional) Escocês a criação dum centro de testes de tecnologias marítimas (ondas e correntes) na costa da ilha Orkney. No Reino Unido foi recentemente construída (pela empresa Wavegen) e está em operação uma central de coluna de água oscilante de 500 kW (ilha de Islay), e estão em desenvolvimento (pelas empresas Ocean Power Delivery e Wavegen, com financiamento estatal), dois protótipos offshore. Um consórcio holandês (AWS) desenvolveu um sistema offshore, estando previsto que um protótipo de 2 MW seja instalado em breve ao largo da costa portuguesa.
Fora da Europa, tem havido actividade em vários países, com relevo para o Japão, Índia, China, Canadá e Austrália. Foram construídos protótipos com potências entre 60 e 150 kW no Japão, Índia e China. Recentemente (Agosto de 2001), e a título de demonstração e transferência de tecnologia, a British Columbia Hydro (Canadá) lançou um concurso internacional para o projecto e construção de duas centrais com um total de 4 MW na ilha de Vancouver. Na Austrália foi anunciada a construção (na costa sul) duma central de coluna de água oscilante pela empresa Energetec.
No âmbito do programa JOULE da Comissão Europeia foi criada uma European Wave Energy Network (2000-2003) com participação de 8 países europeus. Em Outubro de 2001 foi assinado, no âmbito da International Energy Agency, um Implementing Agreement of Ocean Energy (de que Portugal é o país coordenador).

A situação em Portugal

As zonas costeiras portuguesas (em especial a costa ocidental do continente e as ilhas dos Açores) têm condições naturais entre as mais favoráveis em qualquer parte do mundo para o aproveitamento da energia das ondas: recurso abundante (cerca de 25-30 kW/m média anual), plataforma continental estreita (inexistente nos Açores) (ou seja águas profundas na proximidade da costa), consumo e rede eléctrica concentrados junto à costa do continente. A energia que chega à costa ocidental (500 km) é de cerca de 120 TWh/ano (em águas profundas). A conversão de apenas 1% desta energia em energia útil (substancialmente aquém do que é tecnicamente viável) produziria 1,2 TWh/ano, o que (para um factor de carga de 0,25) corresponderia a uma potência instalada de 550 MW. A contribuição dominante seria naturalmente de sistemas offshore.
Em termos de I&D, Portugal é um dos países pioneiros (actividade desde a década de setenta) e com maior impacto (por exemplo em termos número de publicações e de participação e coordenação de projectos europeus). Dos três grandes projectos europeus actuais com construção de protótipos, liderou um (ilha Pico) e participou nos outros dois (LIMPET, ilha de Islay, Escócia, e AWS, Viana do Castelo). Portugal liderou a elaboração do Atlas Europeu de Energia das Ondas, referente ao recurso em águas profundas (offshore), estando em fase de finalização o Atlas Nacional de Ondas que descreve o recurso junto à costa do continente.
A actividade e capacidade de I&D e a competência específica nesta área estão essencialmente concentrados no Instituto Superior Técnico e no INETI. O projecto do Pico permitiu às empresas nele participantes adquirir experiência neste domínio: EDP, EDA, EFACEC, Profabril.
Para além destas instituições, e numa perspectiva mais lata, existe substancial capacidade técnica em Portugal na área do mar, nomeadamente engenharia costeira, portuária e naval. A engenharia offshore é uma área de menor capacidade nacional (em comparação com alguns países do norte da Europa).
É de notar que se localizam em Portugal dois dos três protótipos recentemente construídos na Europa.

Aspectos económicos

A única concretização portuguesa (ilha do Pico) em geração de energia eléctrica a partir das ondas não deve ser tomada directamente, em termos de custos, como ilustrativa da capacidade de produzir energia a preços competitivos (foi declaradamente um projecto de I&D). Veio porém a servir de base a um estudo de natureza económica efectuado no IST (financiados pela FCT), que aponta as vantagens em associar dispositivos do tipo de coluna de água oscilante à construção de infraestruturas de protecção portuária (com a decorrente partilha dos custos da estrutura).
Conhecem-se estudos independentes recentes efectuados para o Governo Britânico, em que as projecções indicam haver diversos dispositivos com potencial (após algum desenvolvimento adicional) para produzir energia eléctrica a preços unitários comparáveis aos dos geradores eólicos. Naturalmente a constituição de empresas privadas para o desenvolvimento e comercialização da energia das ondas (de que são exemplo, na Europa, a AWS na Holanda, e a Wavegen no Reino Unido) assenta nessa expectativa.

As barreiras ao desenvolvimento

Algumas são genéricas, outras são específicas do contexto português.
- A passagem da fase de ensaios em laboratório para a demonstração com protótipo em mar real é fortemente dispendiosa, requer uma longa preparação e envolve riscos de vária ordem.
- O desenvolvimento dum sistema do tipo em questão, passando pelo projecto construção e operação de protótipo, até ao limiar da comercialização, requer a participação e coordenação duma equipa multidisciplinar, envolvendo empresas e instituições de I&D. Existe pouca experiência e tradição de empreendimentos deste tipo em Portugal.
- A escassa experiência portuguesa em tecnologia offshore pode implicar uma forte dependência de tecnologia estrangeira no desenvolvimento de sistemas offshore de segunda geração.

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