Energia das Marés

Energia das Marés –  O que é

Tradicionalmente, em muitos países a energia elétrica tem sido gerada pela queima de combustíveis fósseis, mas os temores sobre o custo ambiental ao planeta e a sustentabilidade do consumo contínuo de combustível fóssil estimularam pesquisas de métodos mais limpos de geração de eletricidade a partir de fontes alternativas de energia. Essas fontes incluem a radiação solar, energia do vento, ondas e marés.

Energia das ondas

Os geradores utilizam o quase incessante movimento das ondas para gerar energia. Uma câmara de concreto construída na margem é aberta ma extremidade do mar de maneira que o nível da água dentro da câmara suba e desça a cada onda sucessiva. O ar acima da água é alternadamente comprimido e descomprimido, acionando uma turbina conectada a um gerador. A desvantagem de se utilizar este processo na obtenção de energia é que o fornecimento não é contínuo e apresenta baixo rendimento.

Energia das marés

As barragens de marés utilizam a diferença entre os níveis de água na maré alta e baixa para gerar eletricidade. Elas são construídas sobre as bocas de estuários de marés.

Quando a maré sobe, a água pode passar através da barragem, enchendo o estuário atrás da mesma. Com a baixa da maré, as comportas são fechadas e uma cabeceira de água se forma atrás da barragem.

A água pode então fluir de volta para o mar, acionando ao mesmo tempo turbinas conectadas a geradores. O ciclo de mares de 12 horas e meia e o ciclo quinzenal de amplitudes máxima e mínima apresentam problemas para que seja mantido um fornecimento regular de energia.

Energia das correntes marítimas

Também é possível aproveitar a energia das correntes marítimas. As turbinas marítimas têm poucos componentes; engrenagens de posicionamento orientam as lâminas das turbinas na direção da corrente marítima e um gerador acoplado ao eixo da turbina fornece a energia elétrica.

Energia Mareomotriz

A maré é uma fonte natural de energia, não poluidora e renovável. A energia das ondas tem origem direta no efeito dos ventos, os quais são gerados pela radiação solar incidente.

As marés estão relacionadas com a posição da Lua e do Sol e do movimento de rotação da Terra.

As ondas do mar possuem energia cinética devido ao movimento da água e energia potencial devido à sua altura. O aproveitamento energético das marés é obtido através de um reservatório formado junto ao mar, através da construção de uma barragem, contendo uma turbina e um gerador. Tanto o movimento de subida quanto o de descida produz energia.

A água é turbinada durante os dois sentidos da maré:

Na maré alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina e produzindo energia elétrica,
Na maré baixa, a água esvazia o reservatório passando em sentido contrário ao do enchimento através da turbina e desta maneira também produz energia elétrica.

Esta energia pode ser utilizada na produção de energia elétrica através das usinas elétricas de maré. As instalações não podem interferir com a navegação e têm que ser robustas para poder resistir às tempestades apesar de ter sensibilidade bastante para ser possível obter energia de ondas de amplitudes variáveis. A obtenção de energia através da maré é possível em áreas costeiras onde ocorrem grandes amplitudes de maré, para que ela possa vir a transformar-se em importante fonte alternativa de energia elétrica.

Atualmente existem no mundo algumas usinas geradoras de energia por maré, entre os países que a estão a França, o Canadá, a China, o Japão, a Inglaterra entre outros. No Brasil, temos cidades com grandes amplitudes de marés, como São Luís – Baía de São Marcos, no Maranhão – com 6,8 metros e em Tutóia com 5,6 metros. Mas nestas regiões, infelizmente, a topografia do litoral não favorece a construção econômica de reservatórios, o que impede seu aproveitamento.

Desvantagem da energia das ondas:

O fornecimento da energia das ondas não é continuo
Apresenta baixo rendimento
É fortemente dispendiosa

A energia das marés traz uma série de problemas:

É muito dispendiosa em termos de construção: os custos capitais estão estimados entre $1200 e $1500 (euros) por capacidade de Kilowatt.
São necessárias grandes quantidades de água para poder funcionar, e é de referir que grandes barragens acabam por compensar financeiramente mais depressa os custos de construção que barragens pequenas.
Destrói habitats naturais de pássaros e por vezes, são encontrados animais mortos nas turbinas.
Impossibilita a navegação (na maior parte dos casos)

O aproveitamento energético das marés é obtido de modo semelhante ao aproveitamento hidroelétrico, formando um reservatório junto ao mar, através da construção de uma barragem com casa de força (turbina + gerador).

O aproveitamento é feito nos dois sentidos: na maré alta a água enche o reservatório, passando através da turbina, e produzindo energia elétrica, na maré baixa a água esvazia o reservatório, passando novamente através da turbina, agora em sentido contrário ao do enchimento, e produzindo energia elétrica

A energia das marés pode ser aproveitada onde existem marés, com grande diferença de nível a maré baixa e maré alta e onde o litoral apresenta condições para construção econômica do reservatório.

Porém o ciclo de marés de 12 horas e meia e o ciclo quinzenal de amplitudes máxima e mínima (maré de sizígia e maré de quadratura) apresentam problemas para que seja mantido um fornecimento regular de energia, tornando necessária a criação de sistemas mais complexos como, por exemplo, o que se vale de muitas barragens ou o que se utiliza de reservas bombeadas.

Este tipo de energia gera eletricidade em alguns países, tais como: França (onde se localiza a pioneira La Rance), Japão e Inglaterra.

A energia das marés deverá se expandir bastante nas próximas décadas.

PRÓ: É uma fonte de energia renovável, que produz eletricidade de forma limpa, não poluente e barata.
CONTRA: Dificuldade em manter um fornecimento regular de energia devido as variações climáticas e o ciclo de marés.

Energia das ondas – Definição

A energia das ondas é definida pela energia total contida em cada onda e é a soma da energia potencial do fluído deslocado a partir do nível médio da água entre a cava e a crista da onda incluindo a energia cinética das partículas da água em movimento. Esta energia resulta da força do vento exercida na superfície dos Oceanos.

Os Açores estão situados na zona do Atlântico Norte em que a energia das ondas é abundante.

Dada a inexistência da plataforma continental, a dissipação de energia associada à passagem das ondas por zonas de baixa profundidade é relativamente pequena, e consequentemente as ondas atingem a vizinhança imediata das costas das ilhas com níveis energéticos pouco inferiores aos que se registam ao largo, em contraste ao que sucede na generalidade das costas do continente europeu.

Cientes da localização privilegiada dos Açores para um possível aproveitamento da energia das ondas por um lado, e atendendo à sua dependência energética por outro, há já uma década que a EDA, em conjunto com o Instituto Superior Técnico (IST) e o Laboratório Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial (INETI) e posteriormente a EDP desenvolveram ações tendo em vista o aproveitamento da energia das ondas.

Após os estudos de avaliação do potencial energético, foi escolhido o local de Porto Cachorro na ilha do Pico como o mais indicado para a instalação de uma central do tipo “Coluna de Água Oscilante” cujas características de funcionamento se adaptavam melhor às condições existentes.

Os trabalhos de construção civil ficaram concluídos a meados do mês de Julho de 1998.A montagem do equipamento eletromecânico decorreu durante o ano de 1999, tendo sido produzidos os primeiros kWh no dia 15 de Outubro do mesmo ano.

Os objetivos principais deste projeto são:

1. A demonstração da viabilidade técnica de construção e operação duma central de ondas CAO em escala industrial
2. Dispor de uma estrutura para testar equipamentos relativos a centrais CAO
3. Avaliação e validação da metodologia do projeto dos componentes da central
4. Avaliação da viabilidade econômica das centrais das ondas, em especial, ligadas a redes isoladas de fraca capacidade

Descrição da central

A Central é constituída essencialmente por uma estrutura em betão assente no fundo (a cerca de 9 metros de profundidade), e fica localizada numa pequena reentrância da costa em que se verifica uma concentração natural de energia das ondas.

A estrutura forma na sua parte superior (acima do nível da água) uma câmara pneumática no topo da qual existe uma turbina de ar acoplada a um alternador. A câmara tem seção quadrangular com dimensões interiores em planta de 12 x 12 metros ao nível médio da água. Na sua parte submersa, a câmara comunica com o exterior por uma larga abertura. Por efeito das ondas incidentes, a superfície livre da água no interior da câmara é forçada a oscilar (coluna de água oscilante), provocando compressões e expansões da almofada de ar superior.

O fluxo de ar resultante atravessa e acciona o grupo turbina-gerador. Esta turbina (tipo wells) tem a particularidade de rodar sempre no mesmo sentido, independentemente da direção do fluxo de ar.

O alternador é do tipo indutivo (2X200 kW, produz através do rotor e estator), e é de velocidade variável (750 a 1500 rpm). A eletricidade produzida é alterna a 400 V, passando depois num conversor que a retifica. Após retificação, entra num ondulador passando depois a corrente alternada com um fator de potência regulado eletronicamente. Previamente a ser emitida na rede de transporte, a tensão é elevada para 15 kV.

As principais entidades envolvidas neste projeto são o IST – Instituto Superior Técnico, INETI – Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial, Profabril, EDA,SA, EDP,SA, EFACEC, Universidade de BELFAST e a Universidade de CORK.

Energia das Marés – Como se formam

As ondas e formam a partir da ação dos ventos sobre a superfície do mar. Uma vez formadas, as ondas viajam pelo alto – mar até encontrar as águas comparativamente mais rasas, próximas à terra. Nesse encontro, a base das ondas começa a sofrer certa resistência. Isso faz aumentar sua altura. À medida que o fundo se torna mais raso, a crista da onda, que não está sujeita a essa resistência, tende a prosseguir com maior velocidade. E a onda quebra. Se o fundo do mar é rochoso, como no Havaí, as ondas alcançam grande altura; já na areia, a energia é absorvida, do que resultam ondas menores.

A energia das ondas também conhecida como energia de marola se destaque entre uma das fontes de energia de “alta qualidade”, pois se apresenta sob forma mecânica, podendo ser convertida em eletricidade sem passar pelo ciclo de Carnot.

A exploração da enorme reserva energética das ondas representa um domínio de inovação, onde quase tudo ainda está por fazer. Em teoria, se fosse possível equipar os litorais do planeta com conversores energéticos, as centrais elétricas existentes poderiam ser desativadas. Com relação a este tipo de fonte de energia os inventores foram mais produtivos do que os engenheiros, pois mais de uma centena de processos de captação de energia das ondas foram imaginados.

Princípios de funcionamento: a maioria dos projetos usa o mesmo princípio, onde a onda pressiona um corpo oco, comprimindo o ar ou um líquido, ou seja, a energia cinética do movimento ondular move uma turbina ligada a um gerador. A energia mecânica da turbina é transformada em energia elétrica através do gerador. Quando a onda se desfaz e a água recua o ar desloca-se em sentido contrário passando novamente pela turbina entrando na câmara por comportas especiais normalmente fechadas.

Exemplos:

Central Experimental de Kaimei: uma balsa de 80 por 12 metros, equipada com turbinas verticais, funciona desde 1979 em frente da costa japonesa, produzindo 2 MW de potência;

Na Noruega, foi construída em 1985 uma minicentral numa ilha perto da cidade de Bergen, na costa Oeste. Ao contrário do sistema japonês, o equipamento não flutua no mar, mas está encravado numa escarpa. Produz 0,5 MW, o suficiente para abastecer uma vila de cinqüenta casas.

Conversores

Coluna oscilante de Buoy

A instalação consiste em um cilindro de concreto, disposto verticalmente num nicho aberto com explosivos na rocha. A extremidade inferior, submersa, recebe o impacto das ondas, que comprimem o ar coluna acima no cilindro. O ar, sob pressão, movimenta a turbina, antes de escapar pela extremidade superior. O movimento rítmico das ondas assegura que a turbina gere eletricidade sem parar.

Pato de Salter

Criado pelo engenheiro Stephen Salter da Universidade de Edimburgo, Escócia.Consiste numa série de flutuadores, semelhantes ao flap dos aviões, ligados a um eixo paralelo à praia. A parte mais bojuda dos “patos” enfrenta as ondas, cujo movimento rítmico faz bater os flutuadores, girando o eixo que aciona a turbina como um pedal de bicicleta, que só transmite o movimento numa direção. O rendimento desse sistema promete ser excelente, pois parece capaz de aproveitar 80 por cento da energia das ondas. É esperar para ver.

Energia das Correntes Marítimas

As correntes marítimas são provocadas por um aquecimento não homogêneo das camadas superficiais dos oceanos pela radiação solar (PALZ, 1981). Segundo o mesmo autor essas correntes comportam energias cinéticas consideráveis, mas pouco densas, e são assim difíceis de explorar, sendo os melhores lugares para exploração os Estreitos (exemplo. Estreito de Gibraltar). Diante da costa da Florida, a Corrente do Golfo é particularmente densa e poderia servir para acionar geradores de corrente; a velocidade da corrente aproximadamente 30 Km antes da costa atinge cerca de 10Km/h, calcula-se que com 50 turbinas de 150 metros de diâmetro cada uma, seria possível produzir uma potência de 20 000 MW, ou 20 vezes a potência de uma grande centra convencional.

Energia das Marés

Todos os dias observa-se que o nível do mar não é o mesmo. Esse fenômeno – movimento de subida e descida das águas – recebe o nome de maré.

As marés são influenciadas pela força gravitacional do Sol e da Lua. é essa diferença de nível que temos aproximadamente a cada 12 horas.

A energia que pode ser captada a partir das marés se faz de modo semelhante ao aproveitamento hidroelétrico, que consiste em: Um reservatório junto ao mar, através da construção de uma barragem, e Casa de força (turbina + gerador).

O aproveitamento é feito nos dois sentidos: na maré alta a água enche o reservatório, passando através da turbina, e produzindo energia elétrica, na maré baixa a água esvazia o reservatório, passando novamente através da turbina, agora em sentido contrário ao do enchimento, e produzindo energia elétrica.

Onde é utilizado

Este tipo de energia gera eletricidade em alguns países, tais como: França (onde se localiza a pioneira La Rance), Japão e Inglaterra. Na França,1967, os franceses construíram a primeira central mareomotriz (ou maré motriz, ou maré – elétrica; ainda não existe um termo oficial em português), ligada à rede nacional de transmissão. Uma barragem de 750 metros de comprimento, equipada com 24 turbinas, fecha a foz do rio Rance, na Bretanha, noroeste da França. Com a potência de 240 megawatts (MW), ou 240 mil quilowatts (kW), suficiente para a demanda de uma cidade com 200 mil habitantes.

No Brasil, temos grande amplitude das marés em São Luís – Baía de São Marcos, no Maranhão – com 6,8 metros e em Tutóia com 5,6 metros, também nos estuários do Rio Bacanga (São Luís -MA- marés de até 7 metros) e a Ilha de Maracá (AP – marés de até 11 metros). Infelizmente, nessas regiões a topografia do litoral não favorece a construção econômica de reservatórios, o que impede seu aproveitamento.

Vantagens e Desvantagens

O ciclo de marés de 12 horas e meia e o ciclo quinzenal de amplitudes máxima e mínima apresentam problemas para que seja mantido um fornecimento regular de energia.

A energia das marés pode ser aproveitada onde existem marés, com grande diferença de nível ( = 5,5 m) da maré baixa para maré alta e onde o litoral apresenta condições para construção econômica do reservatório.

Uma fonte natural de energia

Maré é o movimento das águas do mar e de grandes lagos, que se caracteriza pela variação periódica de seu nível.

Obtêm-se o nível médio da maré através de um aparelho denominado medimarímetro.

A explicação para o fenômeno das marés só foi conhecida após a descoberta da Lei Gravitacional Universal por Isaac Newton no século XVII.

As marés relacionam de acordo com a posição da Lua e do Sol. Quando o fluxo da maré está alta denomina-se preamar que se concentra nesse estado durante um período de oito minutos. Após este período a maré começa a baixar o seu nível chamado baixa-mar.

Tanto o movimento de subida quanto o de descida têm um período médio de seis horas, doze minutos e trinta segundos. A preamar e a baixa-mar deveriam registrar-se nas mesmas horas, mas isso não acontece porque há atraso de aproximadamente cinqüenta minutos a cada vinte e quatro horas na passagem da Lua em frente ao mesmo meridiano terrestre.

As marés apresentam um manancial de energia capaz de reproduzir eletricidade.

Para que isso ocorra há dois fatores indispensáveis:

1) Grande espaço.
2) Possibilidades de bacias retentoras, como é oferecida nos certos estuários fáceis de serem barrados para poderem oferecer a necessária queda d’água.

A usina responsável pelo armazenamento das preamares denomina-se talasselétrica, esta é uma fonte natural de energia.

O funcionamento de uma usina talasselétrica ocorre da seguinte maneira:

Com a subida da maré a comporta da usina é aberta fazendo com que a água entre, em seguida, essa mesma comporta é fechada, e a água que entrou fica armazenada. Após o armazenamento da água uma outra comporta é aberta, formando uma queda d’água que faz com que os moinhos comecem a girar. Esses moinhos são ligados a transformadores e geradores, que levam a energia aos fios de alta tensão e esses levam a energia elétrica até as casas.

A primeira das usinas a aproveitar essa fonte de energia situa-se na Costa Bretã da França, no estuário do Rio Rance. Ali vinte e quatro turbinas geradoras aproveitam treze metros de diferença entre os desníveis da maré para a instalação de um potencial 240.000 quilowatts, que custou quinhentos milhões de dólares, mas constitui um exemplo pioneiro para empreendimento desse tipo.

Os homens estão começando a aproveitar a energia oferecida pela marés.

Existem várias formas potenciais de aproveitamento da energia dos oceanos: energia das marés, energia associada ao diferencial térmico (OTEC), correntes marítimas e energia das ondas.

Atualmente a energia das ondas é uma das formas de energia dos oceanos que apresenta maior potencial de exploração, tendo em conta a força das ondas e a imensidão dos oceanos.

A energia das ondas tem origem direta no efeito dos ventos, os quais são gerados pela radiação solar incidente.

Conversão

A conversão de energia a partir das ondas apresenta claras semelhanças com a eólica. Dado que as ondas são produzidas pela ação 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 ondulatória 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 MW.

Tecnologias: energia das ondas: sistemas na costa

Normalmente localizados em águas pouco profundas (8-20 m), apoiados diretamente na costa, ou próximos dela (possivelmente associados a obras de proteção 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).

Vantagens: os problemas de transporte de energia para terra e de acesso para manutenção são de relativamente fácil resolução.
Desvantagens: a localização depende dum conjunto de fatores geomorfológicos favoráveis na vizinhança imediata da costa, e os bons locais para construção não abundam, assim como o impacte visual é significativo.

Tecnologias: energia das ondas: águas profundas

Situados 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 extração 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.

Vantagens: 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.
Desvantagens: 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 e impacto dos sistemas offshore está associado a interferências com a navegação e pesca.

Fonte: www.arena.com.pt/br.geocities.com/www.cpfl.com.br/www.uesb.br/www.unijui.tche.br/www.energiasrenovaveis.com