MOER - Mulheres nas Ondas das Energias Renováveis

O que é Energia dos Oceanos

Inicialmente, deve-se falar um pouco sobre nomenclatura. Afinal de contas o correto é Energia dos Oceanos, Energia Oceânica, Energia Marítima, Energia Marinha etc? Numa modesta opinião: Energia dos Oceanos, justificada pela tradução literal de Ocean Energy. Assim, pode-se definir Energia dos Oceanos como a energia renovável extraída dos oceanos, podendo ser a partir de um fluído em movimento ou da diferença entre temperaturas ou salinidade deste fluido.

Antes de continuar, tenha sempre em mente que uma onda não é uma maré e que a "correnteza" que puxa as pessoas da praia para "dentro do mar" (rip currents) não se trata das correntes marinhas intercontinentais. Isto deve ser dito porque, como em todas as áreas de conhecimento, a observação popular em geral não se relaciona diretamente com os termos e grandezas científicos: "mar grande", "maré forte", "mar puxando", "altas ondas", "águas rasas", entre outros.

Segundo Neill e Hashemi (Neill,2018), no oceano tem-se as marés, que são impulsionadas por forças astronômicas da Lua, Sol e planetas em conjunto com a rotação da Terra e ventos. Também tem-se as ondas geradas pelo vento, que foi gerado devido a radiação solar. Há também as correntes marinhas provocadas por diversos fatores, entre eles a rotação da Terra. E concluindo, tem-se as variações de temperatura e salinidade com o aumento da profundidade nas águas dos oceanos. Enfim, 70% da superfície da Terra é oceano e isto é um vasto recurso natural que poderia potencialmente atender, várias vezes, toda a demanda mundial por energia.

Dependendo da literatura consultada, pode-se classificar a Energia dos Oceanos de acordo com a sua origem em:

No entanto, devido à falta de tecnologias de energia renovável marinha comprovadas e econômicas, apenas uma pequena fração desse potencial é aproveitada atualmente, com a entrega de alguns parques eólicos offshore, alguns projetos de energia das marés e das ondas e um número limitado de usinas de energia de amplitude das marés. Há uma grande demanda por energia oceânica, com diversos projetos de pesquisa, desenvolvimento e comerciais industriais financiados por governos em desenvolvimento em todo o mundo, sendo muito provável que "... estejamos no auge de um momento de crescimento no setor de energia renovável marinha" (Neill, 2018).

Vantagens e desvantagens de sua exploração

Entre as vantagens das energias dos oceanos pode-se citar: ser uma fonte renovável, consequentemente inesgotável, não há emisssão de gases nocivos à atmosfera, não gera poluição e não há custo de área ou desapropriações. Além disso, a localização das usinas é bem flex́ıvel, podendo ser onshore (com acesso pela costa), nearshore (próximas à costa), ou offshore (distantes da costa). Não esquecendo que o desenvolvimento tecnológico para extração petrolífera pode e deve ser aproveitado nas usinas de aproveitamento de energia de ondas ou marés, seja através da passagem de cabos sob a superfície oceânica ou na fixação da estrutura utilizada junto à esta superfície.

Vale informar que ambas as usinas – nearshore e offshore – são capazes de funcionar sem nenhuma parte dos seus dispositivos de geração de energia conectados com a Terra. A principal diferença entre elas é simplesmente é a profundidade na qual estão instaladas, nearshore: até 20m e assente no fundo do mar, e offshore: a cerca de 50m e com dispositivos flutuantes. Este fator é de suma importância porque em profundidades maiores os efeitos de dissipação de energia, como os relacionados ao atrito da onda com o fundo do mar, e a arrebentação de ondas, são menores. Estes somente se manifestam para profundidas inferiores a 80 e 10m, respectivamente.

Uma das vantagens da energia dos oceanos é a possibilidade de antecipar com rigor e antecedência a ondulação marítima e as correntes de maré, dessa forma a eletricidade gerada pode ser prevista, o que é muito importante para o sistema energético nacional, reduzindo a necessidade de precisar de fontes despacháveis e a armazenamento.

A produção de eletricidade no mar pode também permitir fornecer, sem custos de transporte, quando usada para atividades offshore como aquacultura, mineração submarina, plataformas de observação e vigilância marítimas, a produção de hidrogênio ou de gás de síntese e até mesmo em plataformas eólica offshore, criando centrais híbridas que geram eletricidade com menos variabilidade. Na costa as centrais de ondas podem fornecer eletricidade às redes locais de apoio, às zonas portuárias, climatização de edifícios e centrais de dessalinização.

Entre as desvantagens que desencorajam o aproveitamento dessa fonte energética podem ser citados os seguintes pontos: alto custo da construção da usina, necessidade de manutenção constante por conta da ação destrutiva da água do mar, dificuldade na transmissão de energia, principalmente se tratando de uma usina offshore (longe da costa), o comportamento estocástico e sazonal das fontes, a poluição visual e risco a navegação.

Panorama mundial

O uso da energia dos oceanos já se destaca das demais em alguns países e apresenta um bom potencial energético. Portugal é um dos pioneiros acerca do assunto. A construção da primeira central portuguesa terminou em 1999, ela se encontra do Porto Cachorro, na ilha do Pico, em Açores. Tratava-se de uma central experimental, foi a primeira no mundo em escala real e ligada à rede de distribuição de eletricidade. Sua conversão energética recorria à tecnologia de coluna de água oscilante (OWC - Oscillating water column), através de uma turbina Wells, que foi desenvolvida pelo Instituto Superior Técnico de Lisboa - IST e uma empresa portuguesa, tal turbina foi projetada especificamente para o mar atlântico (seu desempenho apresentou tanto destaque que posteriormente foi incluída em outros projetos fora de Portugal). A usina localizada sobre a costa, teve uma potência de aproximadamente 400kW, esteve em funcionamento com operação autônoma principalmente em 2010, e teve o fim de suas operações em 2018 por razões de segurança da estrutura (DGEG).

Também em Potugal, foi colocado a 43 m de profundidade e a 6 km de Aguçadoura, em Póvoa de Varzim e em 2004, um dispositivo captador de energia de oscilação vertical, equipado com um gerador elétrico linear de 2MW de potência, chamado Archimedes Wave Swing (AWS) (DGEG).

Já em 2012, entrou em funcionamento, perto da costa de Peniche, em Portugal, um dispositivo com uma tecnologia chamada Wave Roller formada por três painéis submersos movidos pelas oscilações horizontais dentro das ondas, com um gerador hidráulico acoplado. Essa central apresentava uma potência de 100kW e estava ligada diretamente à rede elétrica portuguesa. Esteve em operação até 2014, até ser retirado do mar (DGEG).

Em 2020 foi instalado à 850m da Praia de Almagreira, também em Portugal e a 16,7m de profundidade, um novo dispositivo semelhante ao mencionado anteriormentes com um só painel e 350 kW de potência (DGEG).

Ainda no país entre 2017 e 2019 estava em operação um dispositivo teste de correntes de água do mar, com foco de aplicações em correntes fluviais em estuário. Esse dispositivo usa a tecnologia da EVOPOD, sendo formado por uma turbina de eixo horizontal, flutuante, com 1,6kW de potência nominal à velocidade 1,6m/s. Tal projeto teve como objetivo permitir simular o funcionamento do dispositivo em regiões costeiras de baixa profundidade.

Os Estados Unidos da América, Canadá e Rússia apresentam vários projetos pilotos para o uso da energia dos oceanos. Dentre os países com maior potencial energético estão: Estados Unidos da América, Rússia, Canadá, Argentina,́ India, Reino Unido e Austrália. Hoje, as duas maiores usinas do mundo que fazem uso da energia maremotriz estão situadas na França e na Coréia do Sul. São as usinas de La Rance (França - desde 1966) com capacidade instalada de 240MW e a usina coreana de Shiwa (2011), com capacidade de 260MW.

A Grã-Bretanha (Inglaterra, Escócia e País de Gales) também tem investido bastante no aproveitamento da energia dos oceanos. Em sua costa há um complexo utilizado para testes e desenvolvimento de novas tecnologias acerca do assunto. O estimado é que em 2050, a energia proveniente das ondas na Grã-Bretanha chegue a 190GW, três vezes a energia produzida hoje no Reino Unido ( Inglaterra, Escócia, País de Gales e Irlanda do Norte).

Na tabela 1 é possível ver um comparativo em relação aos custos entre diferentes formas de geração elétrica. Fica claro que os gastos da produção de energia através das ondas são bem próximos do custo de geração hidrelétrica considerando a mesma potência.

Potencial mundial

Desde a crise mundial do petròleo em 1973, diversos pesquisadores vêm apresentando trabalhos sobre o potencial teórico de alguma das 5 formas de energia dos oceanos. O atlas WERATLAS (European Wave Energy Atlas) é considerado uma referência para construção de sistemas de extração de energia das ondas, incluindo modelagem numerica da interação vento-onda para descrever as características das ondas em 85 pontos da costa européia dos oecanos Atlântico e Mediterrâneo (Pontes, 1998).

Diversos pesquisadores realizaram uma pesquisa financiada pelo European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme, cujo título era Advanced Design Tools for Ocean Energy Systems Innovation, Development and Deployment - Potential Markets for Ocean Energy (European Comission), na qual disponibilizaram diversas informações sobre o tema, incluindo uma categorização de potenciais energéticos. Segundo essa pesquisa, o Potencial teórico de recursos é a quantidade média anual de energia física que é hipoteticamente disponível, sem considerar restrições de qualquer tipo. O Potencial técnico foi definido como sendo a parte do Potencial teórico que pode ser aproveitada ao considerar uma tecnologia de conversor específica. E o Potencial prático, foi definido como a parcela do Potencial técnico disponível quando as características geográficas, restrições econômicas, ambientais, regulatórias e outras são consideradas. Como resultado, eles apresentaram os seguintes valores de capacidade mostrados na figura.

Mørk e colegas (Mørk et al., 2010) estimaram que o potencial total teórico das energias das ondas é de 30PWh/ano e pode ser encontrado principalmente entre 30 e 60 graus de latitude e em locais de águas com profundidade maior do que 40 metros, grosseiramente o dobro do suprimento global de eletricidade em 2008, de 17PWh/ano. Destes, 1,5TWh/ano é o potencial da América Central e 4,6 TWh/ano da América do Sul.

Apesar dessas oportunidades de desenvolvimento e em que pese o elevado potencial da energia dos oceanos para ampliar e fortalecer a matriz energética brasileira, fatores como disponibilidade e maturidade da tecnologia, aliados à viabilidade econômica dos projetos são decisivos para fomentar o desenvolvimento e a exploração sustentável desse tipo especial de energia. Nessa linha de pensamento, desenvolver a capacidade de produção de energia oriunda de fontes renováveis, em especial dos oceanos, é fator estratégico para o nosso País, uma vez que aumenta a capacidade do Sistema de Produção e Transmissão de Energia Elétrica do Brasil, fomenta o desenvolvimento econômico e social e melhora a qualidade de vida de todos os brasileiros. O Brasil não apresenta um potencial muito elevado, mas como possui 9 mil km de costa, acaba tendo um bom potencial energético. O potencial das ondas, considerando apenas o litoral sul e sudeste do Brasil é de 40GW.

Segundo Francisco Boshell e seus colegas (Boshell et al., 2020), O potential teórico das energias dos oceanos varia de 20.000 TWh até 80.000 TWh para gerar eletricidade por ano, representindo 100% a 400% da demanda global por eletricidade. As tecnologias das energia das marés e energia das ondas são as mais desenvolvidas entre os países. Já as outras tecnologias estão ganhando importância ao longo dos anos.

O potencial teórico de geração de eletricidade a partir das energia das marés é o mais baixo de todas as tecnologias de energia dos oceanos, em torno de 1.200 TWh/ano. Isso se deve à sua natureza muito específica do local, pois apenas alguns países podem realmente aproveitar esse recurso. (Boshell et al., 2020)

Apesar de haver muita confusão entre os termos e o real significado, correntes marinhas e correntes de marés não são a mesma coisa, mas ambas geram energia. Nas usinas de energia das marés (Tidal power) tem-se a energia potencial devido a altura da água represada (Tidal range energy) e tem-se a energia cinética devido a velocidade da água (Tidal stream energy) durante a entrada da áqua no reservatório (barragem) e a saída da mesma. Ou seja, a energia das marés está relacionada com o movimento vertical da água e a energia das correntes de marés com o movimento horizontal da água, no canal que conduz a água para a barragem ou próxima à ela. Já a energia das correntes marinhas são obtidas, em geral, longe da costa a partir das correntes oceânicas entre os continentes.

Francisco (Boshell et al., 2020) afirma que en relação as tecnologias de correntes de maré com turbinas de eixo horizontal, tais turbinas de maré tinham tinham a capacidade de apenas 100 kW, mas agora há turbinas de 1,5 MW implantadas com sucesso e muitos desenvolvedores estão ampliando ainda mais. Atualmente, 10 MW desta tecnologia estão instalados e em execução, sendo vários deles a primeira fase de um grande projeto de fazendas de correntes de maré. Destes, o mais avançado é o projeto Meygen na Escócia. Outros cerca de 15 MW de tecnologias de correntes de maré estão planejados para serem implantados este ano e esse número deve exceder 2 GW até 2025.

Diferentemente da tecnologia dos aerogeradores, as tecnologias de energia das ondas não sofreram uma convergência para somente um tipo de projeto. Cerca de dez tipos diferentes de tecnologia estão sendo desenvolvidos. Nos últimos anos, apesar da ausência de uma clara convergência tecnológica para tecnologias de ondas, muitas outras tecnologias e protótipos estão sendo apresentados a a dia.

Segundo Francisco Boshell, o nível de tecnológica da energia das ondas é inferior ao das marés e sua implantação está atualmente restrita a projetos de demonstração e piloto, com cerca de 2,3 MW instalados globalmente. No entanto, como as turbinas de maré, também os dispositivos de energia das ondas estão aumentando rapidamente em tamanho e potência e até 10 MW podem ser instalados nos próximos 2 anos. Franscisco e seu grupo confeccionaram uma figura com a capacidade instalada até 2020, excluindo a energia de "faixa de maré", classificada por ele como uma sub-categoria de energia das marés.

Nessa linha de pensamento, desenvolver a capacidade de produção de energia oriunda de fontes renováveis, em especial dos oceanos, é fator estratégico para o Brasil, uma vez que aumenta a capacidade do Sistema de Produção e Transmissão de Energia Elétrica do Brasil, fomenta o desenvolvimento econômico e social e melhora a qualidade de vida de todos os brasileiros. Assim, espera-se que este site amplie os horizontes de conhecimentos e sinalize alguns caminhos para um melhor entendimento sobre o potencial de geração de energia oriunda dos oceanos. Para tanto, as próximas seções detalham as características essenciais das diversas fontes de energias dos oceanos que podem ser exploradas.

Se quer saber mais sobre Energias dos Oceanos, acesse:  Marine Energy, IRENA e Marine Energy Wales.