Programa Interunidades de Pós Graduação em Energia – PIPGEPrograma Interunidades de Pós Graduação em Energia – PIPGEUniversidade de São Paulo – USPUniversidade de São Paulo – USP

Instituto de Eletrotécnica e Energia – IEEInstituto de Eletrotécnica e Energia – IEE

Agostinho C. PascalicchioAgostinho C. Pascalicchio Beatriz A. Lora Beatriz A. Lora

A Energia dos OceanosA Energia dos Oceanos

ENERGIA MAREMOTRIZENERGIA MAREMOTRIZ

ENE 5704: Recursos e Ofertas de Energia ENE 5704: Recursos e Ofertas de Energia

Prof. Dr. Célio BermannProf. Dr. Célio BermannProfª Drª Virginia ParenteProfª Drª Virginia Parente

Energia dos Oceanos - Energia dos Oceanos - SUMÁRIOSUMÁRIO

Nos oceanos, há energia disponível Nos oceanos, há energia disponível

associada a quatro fenômenos:associada a quatro fenômenos:

I.I. As marés;As marés;

II.II. As correntes oceânicas;As correntes oceânicas;

III.III. As ondas;As ondas;

IV.IV. O gradiente vertical de temperatura.O gradiente vertical de temperatura.

Pellegrini C. C. & Scola L. A., 2005.Pellegrini C. C. & Scola L. A., 2005.

Energia das Marés

Energia Maremotriz

As ondas do mar possuem energia cinética devido ao movimento da água e energia potencial devido à sua altura. Energia elétrica pode ser obtida se for utilizado o movimento oscilatório das ondas. 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 desvantagem de se utilizar este processo na obtenção de energia é que o fornecimento não é contínuo e apresenta baixo rendimento. As centrais são equipadas com conjuntos de turbinas bulbo, totalmente imersas na água. A água é turbinada durante os dois sentidos da maré, sendo de grande vantagem a posição variável das pás para este efeito. No entanto existem problemas na utilização de centrais de energia das ondas, que requerem cuidados especiais: as instalações não podem interferir com a navegação e têm que ser robustas para poder resistir às tempestades mas ser suficientemente sensíveis para ser possível obter energia de ondas de amplitudes variáveis. Esta energia é proveniente das ondas do mar. 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.

Aproveitamento energético:

Reservatório junto ao mar – barragem;

Turbina (s) imersa (s) e gerador;

Sentido único ou sentido duplo;Sentido único ou sentido duplo;

Fonte: www.unisanta.com.br /Diretoria de Ensino/Santos

Movimento de fluxo das marés;

Movimentação comporta ligada a um sistema de conversão;

Geração de eletricidade.

Fonte: www.unisanta.com.br /Diretoria de Ensino/Santos

Sistema Maremotriz – Sistema Maremotriz – com com reservatórioreservatório

Sistema MaremotrizSistema Maremotriz – – com com reservatório, sentido duploreservatório, sentido duplo

Fonte: www.geocities.com.br

Fonte: www.feg.unesp.br

Sistema MaremotrizSistema Maremotriz – – com com reservatórioreservatório

Os Impactos das barragensOs Impactos das barragens

Bloqueio / Redução da navegação; Reservatórios interferem em ciclos biológicos, impactos na biosfera; Impede a migração de peixes; Interferência na localização e tamanho das zonas intertidais; Alterações na turbidez da água – afetando fauna e flora locais;

Operando escala Operando escala

comercial;comercial;

Foz do rio Rance, Foz do rio Rance,

no Canal da no Canal da

Mancha;Mancha;

Barragem 750 Barragem 750

m;m;

Amplitude 13 m;Amplitude 13 m;

EE para 300 .000 EE para 300 .000

habitantes.habitantes.

Centrais Elétricas Maremotrizes - Centrais Elétricas Maremotrizes - CEMCEM

Fonte: www.nea.ufma.br

Potência de 240 MW;Potência de 240 MW;

550 GWh/ano;550 GWh/ano;

24 TH Bulbo de 10 MW.24 TH Bulbo de 10 MW.

La Rance, La Rance, Brittany, Brittany, França - França - 19651965

Fonte: www.fem.unicamp.br

Usina Maremotriz La Rance – França: 240 MWA Usina de La Rance começou a ser construída em 1960, na costa da Bretanha (França). O sistema consiste em uma barragem de 332,5 m de comprimento que se estende por 750 m no estuário, e 22 km2 de área da bacia, com o aproveitamento de um desnível de 8 m. A construção foi completada em 1967 com 24 turbinas tipo bulbo, de 5,4 m de diâmetro e capacidade de 10 MW cada unidade, conectada à rede de transmissão numa tensão de 225 kV.

Detalhe da turbina da Central Maremotriz La Rance (França)

FC = 40% (Geração anual: 240.000 x 8760 x 0,4 = 840.960.000 kWh 

Custo de geração: 18 cents €/kwh contra 25 cents €/kwh da energia nuclear.

Emax = η x ρ x g x R2 x S

Cálculo da Energia de uma Usina Maremotriz:

onde:

η = eficiência da conversão da energia mecânica em eletricidade

ρ = densidade da água do mar

g = aceleração da gravidade

R = altura da maré

S = área total da baía

Energia das Ondas:

Dada uma onda de largura L, a potência disponível em um ciclo de onda é dada por:

P = P = ρ x g2 x h2 x T/ 32 ¶ L

onde:

ρ = densidade da água do mar

g = gravidade

h = amplitude total da onda (do ponto mais alto para o ponto mais baixo)

T = período da onda em segundos (igual ao inverso da frequência)

Centrais Maremotrizes Centrais Maremotrizes -- BrasilBrasil

Falhas de coordenação, gestão e planejamento da área de Bacanga inviabilizaram economicamente a sua exploração energética;

Atual ligação entre São Luís e o Porto do Atual ligação entre São Luís e o Porto do Itaqui pela BR-315;Itaqui pela BR-315;

Hoje comportam servem para proteger Hoje comportam servem para proteger áreas invadidas nas marés altas – bairros áreas invadidas nas marés altas – bairros populares.populares.Vertedouro e comportas de

Bacanga.

São Luis, Maranhão, 1970São Luis, Maranhão, 1970

Estudo da Viabilidade da Usina Talassométrica de Estudo da Viabilidade da Usina Talassométrica de Bacanga, Bacanga, ELETROBRÁSELETROBRÁS

• Geração de energia elétrica;• Familiarização dos engenheiros brasileiros à tecnologia;• Equipamentos p/ indústria nacional;• Barragem da foz do Rio Bacanga, Baía de São Marcos (concepção parcial da obra - vertedouro e reservatório);

Os custos da geração Os custos da geração maremotrizmaremotriz

Custos do sistema de maremotriz dependem das Custos do sistema de maremotriz dependem das características biológicas, geográficas e características biológicas, geográficas e geológicas.geológicas.

Custos de ImplantaçãoCustos de Implantação

US$ 125 milhões Derby (Austrália), 48 MW US$ 125 milhões Derby (Austrália), 48 MW – discussões – discussões ambientais, sociais e econômicas em sua viabilizaçãoambientais, sociais e econômicas em sua viabilização;; US$ 2,79 milhões em Dalupiri (Filipinas), 2200 MW;US$ 2,79 milhões em Dalupiri (Filipinas), 2200 MW; US$ 8 milhões em Severn (Bread Down), 8640 MW;US$ 8 milhões em Severn (Bread Down), 8640 MW;

Custos de OperaçãoCustos de Operação

CEM 100 MW: 1200 a 1500 US$ por kWh.CEM 100 MW: 1200 a 1500 US$ por kWh.

S.L. Lima, O. R. Saavedra, A. K. Barros e N. J. CameloS.L. Lima, O. R. Saavedra, A. K. Barros e N. J. Camelo. . Projeto da Usina Maremotriz do Bacanga: Concepção e Perspectivas. 2003.

Núcleo de Energias Renováveis – NEA, Universidade Federal do Estado do Maranhão – UFMA.

Método de previsão da efetividade e Método de previsão da efetividade e custos relacionado com a quantidade de custos relacionado com a quantidade de energia disponível nas marés, da variação energia disponível nas marés, da variação das marés e da área da baía, sendo das marés e da área da baía, sendo expresso pela relação de Gibrat:expresso pela relação de Gibrat:

C -C - Razão do comprimento da barragem Razão do comprimento da barragem

(metros)(metros)

Pea -Pea - Produção de energia anual (kWh/ano)Produção de energia anual (kWh/ano)

Quanto menor o valor da razão, mais Quanto menor o valor da razão, mais desejável é o local para geraçãodesejável é o local para geração

La Rance, França: 0.36La Rance, França: 0.36

Severn, Reino Unido: 0.87Severn, Reino Unido: 0.87

Passamaquoddy, Baía de Fundy, Passamaquoddy, Baía de Fundy,

Canadá: 0.92Canadá: 0.92

Os custos da geração Os custos da geração maremotrizmaremotriz

Fonte: POEMISINC, 2002 Fonte: POEMISINC, 2002 inin S.L. Lima, O. R. Saavedra, A. K. Barros e N. J. Camelo, 2003. S.L. Lima, O. R. Saavedra, A. K. Barros e N. J. Camelo, 2003.

II .Energia Maremotriz – II .Energia Maremotriz – sem reservatório sem reservatório OffshoreOffshore

Fonte: http://www.bluenergy.com

Turbinas montadas sobre o

fundo do oceano, próximas da

costa; Turbinas hidro-eólicas; Não causa os impactos

ambientais das barragens.

Canal de Kval, NoruegaCanal de Kval, Noruega 1a Usina Elétrica (Out./2003); Ligada a rede de transmissão

comercial da Noruega.

- Canal de Bristol, North Devon, Reino Unido – 300 KW, IT Power, 2003;

- Projeto Blue Energy Canadá – Noruega, em construção.

700 mil kWh/ano; Consumo de 35 residências; Turbinas submersas; Hélices de 10 m de

comprimento.

                           

           

As turbinas marítimas têm poucos As turbinas marítimas têm poucos componentes:componentes:- engrenagens de posicionamento orientam as engrenagens de posicionamento orientam as lâminas das turbinas na direção da corrente lâminas das turbinas na direção da corrente marítima; marítima; - um gerador acoplado ao eixo da turbina fornece a um gerador acoplado ao eixo da turbina fornece a energia elétricaenergia elétrica..

Fonte: www.unisanta.com.br/Diretoria

de Ensino/Santos

Energia Maremotriz Energia Maremotriz – – sem sem reservatórioreservatório

As correntes oceânicasAs correntes oceânicas Reserva de energia na forma cinética associada ao seu movimento; Tecnologias atuais ainda não permitem sua transformação em energia potencial gravitacional; Correntes só exibem velocidades adequadas para aproveitamento na forma cinética, como nas centrais maremotrizes offshore; Melhores lugares para exploração os Estreitos.

Marine Current Turbine's 300kw machine Photo courtesy of Marine Current Turbine – HIE – UK .

WAVE DRAGON – DINAMARCA:WAVE DRAGON – DINAMARCA: Esta construção é composta sta construção é composta por dois braços de 126 metros que encaixam a força das ondas até por dois braços de 126 metros que encaixam a força das ondas até o corpo centralo corpo central

As ondas são dirigidas até o corpo central mediante os braços da As ondas são dirigidas até o corpo central mediante os braços da plataforma, onde a água recolhida faz girar as turbinas plataforma, onde a água recolhida faz girar as turbinas instaladas. É a rotação das turbinas que gera a eletricidadeinstaladas. É a rotação das turbinas que gera a eletricidade

De modo que a localização da planta, seu tamanho e sua De modo que a localização da planta, seu tamanho e sua capacidade dependerão, em grande medida, das circunstancias e capacidade dependerão, em grande medida, das circunstancias e da força das ondas em cada lugar.da força das ondas em cada lugar.

III. Energia Maremotriz – uso das III. Energia Maremotriz – uso das ondasondas

SENTIDO

DAS

ONDAS

Foto: BBC News website Experimento na Inglaterra com os Experimento na Inglaterra com os

movimentos da superfície do mar. movimentos da superfície do mar. Estes movimentos provocam deslocamentos Estes movimentos provocam deslocamentos em cada seção e “bombas de deslocamento” em cada seção e “bombas de deslocamento” movimentam conjuntos geradores de retorno.movimentam conjuntos geradores de retorno. Cada seção com15 metros de comprimento.Cada seção com15 metros de comprimento.

Energia Maremotriz – uso das Energia Maremotriz – uso das ondasondas

III. A energia das ondas – restrições III. A energia das ondas – restrições e sistemas combinadose sistemas combinados

Sistema Sistema Oscillating Water Oscillating Water Column – OWCColumn – OWCFonte: Pellegrini C. C. & Scola L. A., 2005.

Dificuldade de aproveitamento da energia: largas variações de localização, frequência, horário e amplitude;

Equipamentos diversificados, problemas com manutenção (tempestades, org. marinhos);

Sistemas diferentesSistemas diferentes

Fixos x Flutuantes

Submersos x Superfície das ondas

Onda inteira x Oscilações de pressão

Portugal, Ilha do Pico, Açores

OWC, 400 kW

Turbina Wells, gerador elétrico

Limpet, Escócia, 500 kW, 400 residências das Ilhas Órcadas (2000);

Vizhinjam, India, 1,1 MW.

III. A energia das ondasIII. A energia das ondas - BrasilBrasil

Fortaleza, CearáFortaleza, Ceará

COPPE/UFRJ COPPE/UFRJ (Laboratório de Tecnologia Oceânica),(Laboratório de Tecnologia Oceânica), ELETROBRÁS, ELETROBRÁS, CNPq, Governo do Estado do CearáCNPq, Governo do Estado do Ceará

Usina Piloto no Porto de Pecém, 60 km de FortalezaUsina Piloto no Porto de Pecém, 60 km de Fortaleza

R$ 3,5 milhões; R$ 3,5 milhões; 20 módulos;20 módulos; 500 kW;500 kW; 7,7 kW / m onda;7,7 kW / m onda; Abastecimento de 200 residências (fora do horário de pico de Abastecimento de 200 residências (fora do horário de pico de consumo).consumo).

Em andamento - 2006Em andamento - 2006

Licitação de 2 módulos – (cada 25 kW) - 50 kW;Licitação de 2 módulos – (cada 25 kW) - 50 kW;OPERAÇÃOOPERAÇÃO

- Blocos de concreto boiando em alto mar ligados à usina por braços de aço de - Blocos de concreto boiando em alto mar ligados à usina por braços de aço de 25 m;25 m;

- Movimentação dos blocos bombeiam água pra reservatórios dentro da usina;- Movimentação dos blocos bombeiam água pra reservatórios dentro da usina;

- Água chega em alta pressão, passa por câmara de pressão (sai com pressão - Água chega em alta pressão, passa por câmara de pressão (sai com pressão equivalente a queda de 500 m), segue para turbina, geração de energia.equivalente a queda de 500 m), segue para turbina, geração de energia.

IV. Gradiente Vertical de IV. Gradiente Vertical de TemperaturaTemperatura

Estratificação vertical de temperatura dos Estratificação vertical de temperatura dos oceanos devido à absorção da energia solaroceanos devido à absorção da energia solar

Aproveitamento através de sistema Aproveitamento através de sistema Ocean Ocean Thermal Energy Conversion – OTEC;Thermal Energy Conversion – OTEC;

OTEC exige diferença de temperatura OTEC exige diferença de temperatura (superfície e 1000 m prof.) de 20(superfície e 1000 m prof.) de 20º º C – baixa C – baixa eficiência nos trópicos;eficiência nos trópicos;

Centrais de Ciclo Aberto e Ciclo Fechado;Centrais de Ciclo Aberto e Ciclo Fechado;

Utilização para produção e Água Utilização para produção e Água Desalinizada e Refrigeração.Desalinizada e Refrigeração.

KEAHOLE POINT, HAWAIIKEAHOLE POINT, HAWAII

-1992 A 1998, demolida em 19991992 A 1998, demolida em 1999

- 210 kW e água desalinizada210 kW e água desalinizadaFonte: Pellegrini C. C. & Scola L. A., Fonte: Pellegrini C. C. & Scola L. A., Geração de Potência, Versão 2.02, 2005.