Energia das ondas: história, como funciona, vantagens, desvantagens - Ciência - 2023

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o energia das ondas ou energia das ondas É a energia mecânica gerada pelas ondas e que se transforma em energia elétrica. É a energia cinética da água, produzida pela energia do vento em seu atrito com a superfície dos corpos d'água.

Essa energia cinética é transformada por turbinas em energia elétrica, sendo uma energia renovável e limpa. Os antecedentes do uso dessa energia remontam ao século 19, mas é no final do século 20 que ela começa a decolar.

Hoje existe um grande número de sistemas propostos para aproveitar as formas de energia das ondas. Isso inclui oscilação da onda, choque da onda ou variações de pressão sob a onda.

O princípio geral desses sistemas é semelhante e consiste em projetar dispositivos que transformam a energia cinética das ondas em energia mecânica e depois em energia elétrica. No entanto, o projeto e a implementação são altamente variáveis ​​e podem ser instalados na costa ou no mar.


O equipamento pode ser submerso, semi-submerso, flutuante ou construído na costa. Existem sistemas como o Pelamis, onde o movimento ascendente das ondas aciona sistemas hidráulicos por empuxo que acionam motores acoplados a geradores elétricos.

Outros aproveitam a força das ondas ao quebrar na costa, seja empurrando pistões hidráulicos ou colunas de ar que movimentam turbinas (Exemplo: sistema CAO, Coluna de Água Oscilante).

Em outros projetos, a força da onda é usada ao quebrar na costa para canalizá-la e encher reservatórios. Posteriormente, a energia potencial da água armazenada é usada para mover turbinas por gravidade e gerar energia elétrica.

A energia das ondas tem vantagens indiscutíveis, pois é renovável, limpa, gratuita e tem baixo impacto ambiental. No entanto, envolve algumas desvantagens associadas às condições ambientais em que o equipamento funciona e às características das ondas.

As condições do meio marinho sujeitam as estruturas à corrosão do salitre, à ação da fauna marinha, à elevada radiação solar, ao vento e às tempestades. Portanto, dependendo do tipo de sistema, as condições de trabalho podem ser difíceis, especialmente em sistemas offshore submersos ou ancorados.


Da mesma forma, a manutenção é onerosa, principalmente em sistemas offshore, pois as âncoras devem ser verificadas periodicamente. Por outro lado, dependendo do sistema e da área, podem ter um impacto negativo na navegação, na pesca e nas atividades recreativas.

História

Tem os seus antecedentes no século XIX, quando o espanhol José Barrufet patenteou o que chamou de "marmotor". Esta máquina produzia eletricidade a partir da oscilação vertical das ondas e só foi comercializada na década de 80 do século XX.

O aparato de Barrufet consistia em uma série de bóias que oscilavam para cima e para baixo com as ondas, acionando um gerador elétrico. O sistema não era muito eficiente, mas, segundo seu inventor, era capaz de gerar 0,36 kW.

Hoje, existem mais de 600 patentes para aproveitar a força das ondas para gerar energia elétrica. Estes podem funcionar por meio da força produzida pela oscilação vertical ou gerada pelo impacto da onda na costa.


Como funciona a energia das ondas?

A operação dos sistemas de energia das ondas depende do movimento que você deseja tirar proveito das ondas. Existem sistemas flutuantes ou ancorados em terra, que aproveitam a oscilação vertical da água, enquanto outros captam a força do choque das ondas na costa.

Da mesma forma, existem aqueles que utilizam a variação de pressão sob a superfície da onda. Em alguns casos, a energia cinética das ondas permite que a água do mar seja armazenada e aproveite sua energia potencial (queda de gravidade) para acionar turbinas elétricas.

Em outros sistemas, a energia mecânica das ondas produz movimentos de pistões hidráulicos ou massas de ar que ativam motores hidráulicos ou turbinas para gerar eletricidade.

- Sistemas flutuantes ou ancorados em terra

Esses sistemas podem ser semi-submersos ou submersos e aproveitam o movimento oscilatório causado pelas ondas onshore. Alguns sistemas usam a força da ondulação da superfície e outros o movimento profundo.

Ondulação da superfície

Existem sistemas de segmentos articulados, como o Pelamis ou “cobra marinha”, em que as ondas movem módulos articulados que acionam sistemas de motores hidráulicos acoplados a geradores elétricos.

Outra alternativa é o Pato salter, onde bóias fixadas a um eixo realizam um movimento de arremesso com as ondas, acionando também motores hidráulicos. Por outro lado, há toda uma série de propostas baseadas em bóias cuja oscilação também aciona sistemas hidráulicos.

Movimento de balanço profundo

O Oscilador de Ondas de Arquimedes consiste em dois cilindros montados em série em uma estrutura ancorada no fundo do mar. O cilindro superior possui ímãs laterais e se move verticalmente para baixo com a pressão da onda.

Quando o cilindro desce, ele pressiona o cilindro inferior que contém o ar e, conforme a pressão da onda cede, a pressão do ar empurra o sistema para cima. O movimento oscilante vertical do cilindro magnetizado permite que a eletricidade seja gerada por meio de uma bobina.

Wave Dragon

É composto por uma plataforma flutuante amarrada ao fundo com aletas que permitem receber a água movida pelas ondas, causando o alagamento da estrutura. A água se acumula e circula por uma coluna central por meio de uma turbina.

- Sistemas costeiros

Esses sistemas são instalados no litoral e aproveitam a energia gerada pela quebra das ondas. A limitação desses sistemas é que só funcionam em costas com ondas fortes.

Um exemplo é o sistema projetado pelo engenheiro basco Iñaki Valle, que consiste em uma plataforma ancorada na costa inclinada com um ímã sobre trilhos. A onda empurra o ímã para cima, ele desce por gravidade e o movimento induz uma bobina a produzir eletricidade.

Sistema Wave Roller

É composto por um sistema de placas que oscilam para frente e para trás com a vazante e a vazante das ondas e esse movimento, por meio de uma bomba de pistão, aciona a turbina elétrica.

Sistema de

Neste caso, trata-se de placas flutuantes ancoradas à costa que recebem a força da quebra da onda e acionam um sistema hidráulico. O motor hidráulico, por sua vez, aciona uma turbina que gera eletricidade.

Sistema CETO

É composto por uma série de bóias submersas ancoradas ao fundo do mar e cuja oscilação aciona bombas hidráulicas que transportam a água do mar até a costa. A água bombeada ativa uma turbina para gerar eletricidade.

Sistemas que aproveitam a energia potencial

Existem vários sistemas que armazenam água do mar em tanques e, então, por gravidade, podem ativar turbinas Kaplan e gerar eletricidade. A água chega aos tanques impulsionada pela própria onda, como no sistema TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) ou SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Sistemas de coluna água-ar

Em outros casos, a força da água impulsionada pelas ondas é utilizada para mover uma coluna de ar que, ao passar por uma turbina, gera eletricidade.

Por exemplo, no sistema OWC (Coluna de Água Oscilante), a água no fluxo das ondas entra por um duto e direciona o ar interno. A coluna de ar sobe por uma chaminé e passa pela turbina para sair.

Quando a água recua com a vazante das ondas, o ar volta a entrar na chaminé, movimentando novamente a turbina. Ele tem um design que o faz se mover na mesma direção em ambos os fluxos.

Outro sistema semelhante é o ORECON, onde a oscilação da água dentro da câmara aciona uma bóia que, por sua vez, pressiona o ar para passar pela turbina. Este sistema funciona igualmente movendo o ar em ambas as direções.

Vantagem

Energia renovável

É uma energia de uma fonte natural virtualmente inesgotável, como as ondas do mar.

A fonte de energia é gratuita

A fonte da energia das ondas são as ondas do oceano, sobre as quais não se exerce a propriedade econômica.

Energia limpa

A energia das ondas não gera resíduos e os sistemas até agora propostos para aproveitamento dela também não geram resíduos relevantes no processo.

Baixo impacto ambiental

Qualquer interferência no ambiente aquático ou costeiro gera algum impacto ambiental, mas a maioria dos sistemas propostos são de baixo impacto.

Associação com outros fins produtivos

Alguns sistemas de energia das ondas permitem a extração de água do mar para realizar processos de dessalinização e obter água potável ou para a produção de hidrogênio.

Por exemplo, aqueles cuja operação envolve a captação e armazenamento de água do mar na costa, como o TAPCHAN e o SSG Wave Energy.

Desvantagens

A maioria das desvantagens não é absoluta, mas depende do sistema de ondas específico que estamos avaliando.

Força e regularidade das ondas

A taxa de produção de energia depende do comportamento aleatório das ondas em regularidade e força. Portanto, as áreas onde o uso dessa energia pode ser eficaz são limitadas.

A amplitude e a direção da onda tendem a ser irregulares, de modo que a potência de entrada é aleatória. Isso torna difícil para o aparelho obter o desempenho máximo em toda a faixa de frequência e a eficiência de conversão de energia não é alta.

Manutenção

A manutenção das estruturas envolvidas acarreta certas dificuldades e custos, dados os efeitos corrosivos do salitre marinho e o impacto das próprias ondas. No caso de instalações offshore e submersas, o custo de manutenção aumenta devido às dificuldades de acesso e à necessidade de supervisão periódica.

Condições climáticas e ambientais em geral

As estruturas para captar a energia das ondas e convertê-la em energia elétrica estão sujeitas a condições extremas do ambiente marinho. Isso inclui umidade, salitre, ventos, chuvas, tempestades, furacões, entre outros.

Tempestades significam que o dispositivo tem que suportar cargas 100 vezes maiores do que o nominal, o que pode causar danos ou danos totais ao equipamento.

A vida marinha

A vida marinha também é um fator que pode afetar a funcionalidade de equipamentos como animais de grande porte (tubarões, cetáceos). Por outro lado, bivalves e algas aderem à superfície do equipamento causando uma deterioração significativa.

Inversão inicial

O investimento econômico inicial é alto, devido aos equipamentos necessários e às dificuldades de sua instalação. O equipamento necessita de materiais e revestimentos especiais, sistemas herméticos e de ancoragem.

Impacto nas atividades antrópicas

Dependendo do tipo de sistema utilizado, podem afetar a navegação, a pesca e a atratividade turística da área.

Países que usam energia das ondas

Espanha

Embora o potencial do Mar Mediterrâneo seja baixo em termos de energia das ondas, no Mar Cantábrico e no Oceano Atlântico é muito elevado. Na cidade basca de Mutriku, há uma usina construída em 2011 com 16 turbinas (300kW de potência).

Em Santoña (Cantábria) existe outra central das ondas que utiliza 10 bóias submersas para aproveitar a oscilação vertical das ondas e gerar eletricidade. Nas Ilhas Canárias existem vários projectos com o intuito de potenciar a energia das ondas devido às condições favoráveis ​​das suas costas.

Portugal

Em 2008, a empresa Ocean Power Delivery (OPD) instalou três máquinas Pelamis P-750 localizadas a 5 km da costa portuguesa. Situam-se perto da Póvoa de Varim, com uma potência instalada de 2,25 MW.

Escócia (Reino Unido)

A tecnologia OWC está sendo usada na ilha de Orkney, onde um sistema foi instalado desde 2000 chamado LIMPET. Este sistema tem uma produção máxima de 500 KW.

Dinamarca

Em 2004, um projeto piloto do tipo Wave Dragon na Dinamarca, sendo suas dimensões de 58 x 33 me com uma potência máxima de 20 KW.

Noruega

Está em andamento a instalação de uma planta do sistema SSG Wave Energy em Svaaheia (Noruega).

Estados Unidos

Em 2002, um projeto piloto de um dispositivo Power Buoy foi instalado em New Jersey, com uma bóia offshore de 5 m de diâmetro, 14 m de comprimento e potência máxima de 50 kW.

Em Oregon, uma planta piloto SSG Wave Energy foi instalada no Porto de Garibaldi. Da mesma forma, no Havaí eles promovem fontes de energia renováveis ​​e, no caso da Ilha de Maui, a principal fonte renovável é a energia das ondas.

Referências

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    Weebly. Online: taperedchannelwaveenergy.weebly.com