Energia das Marés
Em qualquer locar a superfície do oceano oscila entre pontos
altos e baixos, chamados marés, A cada 12h e 25m. Em certas baías grandes,
essas marés são amplificadas grandemente. Elas podem também criar ondas que
movem a velocidade de até 18m por minuto.
Teoricamente tanto a energia cinética como a energia
potencial dessas marés poderiam ser aproveitadas. A atenção recentemente foi
focada na energia potencial das marés.
As gigantescas massas de água que cobrem dois terços do
planeta constituem o maior coletor de energia solar imaginável.
As marés, originadas pela atração lunar, também representam
uma tentadora fonte energética. Em conjunto, a temperatura dos oceanos, as
ondas e as marés poderiam proporcionar muito mais energia do que a humanidade
seria capaz de gastar - hoje ou no futuro, mesmo considerando que o consumo
global simplesmente dobra de dez em dez anos.
O problema está em como aproveitar essas inesgotáveis
reservas. É um desafio à altura do prêmio, algo comparável ao aproveitamento
das fabulosas possibilidades da fusão nuclear. Apesar das experiências que se
sucederam desde os anos 60, não se desenvolveu ainda uma tecnologia eficaz para
a exploração comercial em grande escala desses tesouros marinhos, como
aconteceu com as usinas hidrelétricas, alimentadas pelas águas represadas dos
rios, que fornecem atualmente 10 % da eletricidade consumida no - mundo (no
Brasil, 94 %).
A ideia de extrair a energia acumulada nos oceanos,
utilizando a diferença da maré alta e da maré baixa, até que não é nova. Já no
século XII havia na Europa moinhos submarinos, que eram instalados na entrada
de estreitas baías — o fluxo e o refluxo das águas moviam as pedras de moer.
Mas os pioneiros da exploração moderna das marés foram os habitantes de Husum,
pequena ilha alemã no mar do Norte.
Ali, por volta de 1915, os tanques para o cultivo de ostras
estavam ligados ao mar por um canal, onde turbinas moviam um mini gerador
elétrico durante a passagem da água das marés; a eletricidade assim produzida
era suficiente para iluminar o povoado.
A teoria das barragens de marés é bastante simples, as vezes
os problemas de engenharia é que são grandes demais, inviabilizando os projetos.
1. Maré Alta, reservatório cheio.
2. Com a maré baixa as comportas são abertas e a água começa
a sair, movimentando as pás das turbinas e gerando eletricidade.
3. Maré baixa, reservatório vazio.
4. Com a maré alta as comportas são abertas e a água começa
a entrar, movimentando as pás das turbinas e gerando eletricidade.
Muito mais tarde, em 1967, os franceses construíram a
primeira central maremotriz (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.
O exemplo francês estimulou os soviéticos em 1968 a instalar
perto de Murmansk, no mar de Barents, Círculo Polar Ártico, uma usina piloto de
20 MW, que serviria de teste para um projeto colossal, capaz de gerar 100 mil
MW, ou oito vezes mais que ltaipu. A usina exigiria a construção de um
gigantesco dique de mais de 100 quilômetros de comprimento. Mas a idéia foi
arquivada quando se verificou que seria economicamente inviável. O
desenvolvimento de um novo tipo de turbina, chamada Straflo (do inglês,
straight flow, fluxo direto), permitiu reduzir em um terço os custos de uma
usina maremotriz.
Os canadenses foram os primeiros a empregá-la. Em 1984,
acionaram uma usina experimental de 20 MW, instalada na baía de Fundy (na
fronteira com os Estados Unidos, na costa Leste), onde o desnível de 20 metros
entre as marés é o maior do mundo (na usina de Rance, por exemplo, a diferença
é de 13,5 metros).
No Brasil, que não prima por marés de grande desnível,
existem três lugares adequados à construção dessas usinas.: na foz do rio
Mearim, no Maranhão, na foz do Tocantins, no Pará, e na foz da margem esquerda
do Amazonas, no Amapá. O impacto ambiental seria mínimo, pois a água represada
pela barragem não inundaria terras novas, apenas aquelas que a própria maré já
cobre.
ONDAS
Energia das ondas
São surpreendentes as especulações sobre o aproveitamento
energético do movimento das ondas: em teoria, se fosse possível equipar os
litorais do planeta com conversores energéticos, as centrais elétricas
existentes poderiam ser desativadas.
Basta pensar que uma onda de 3 metros de altura contém pelo
menos 25 kW de energia por metro de frente.
O difícil, talvez impossível, é transformar eficientemente
toda essa energia em eletricidade — os dispositivos desenhados até hoje são em
geral de baixo rendimento. E não é por falta de ideias — desde 1890, somente na
Inglaterra foram concedidas mais de 350 patentes a dispositivos para aquela
finalidade.
A maioria usa o mesmo princípio: a onda pressiona um corpo
oco, comprimindo o ar ou um líquido que move uma turbina ligada a um gerador.
Com esse processo, a 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, cujo litoral é constantemente fustigado por
poderosas ondas, 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.Abaixo podemos ver três
formas de conversores.
Coluna Oscilante de água
Aqui vale o empurrão
Coluna oscilante de Buoy
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, que favorece à construção de uma usina hidrelétrica.
O ideal é que essas marés sejam afuniladas em
Baías, assim, se constroem barragens com eclusas para permitir a entrada e
saída de água e se instalam geradores de eletricidade.
Para que isso seja possível é necessário que
haja no mínimo um desnível de 5 metros.
Uma usina deste tipo já está em funcionamento
na França, no Rio Rance, desde 1966.
Há um problema essencialmente
técnico-geográfico para a instalação de uma usina desse tipo, pois são poucos
os locais que atendem a esse tipo de exploração.
Os maiores desníveis e marés do mundo ocorrem
na Baía de Fundy, no Canadá e na Baía de Mont-Saint-Michel, na França, ambas
com mais de 15 metros. No Brasil, os locais de maior aproveitamento seriam
estuários do Rio Bacanga (São Luís -MA- marés de até 7 metros) e a Ilha de
Maracá (AP - marés de até 11 metros).
O investimento para a construção é alto em
função da eficiência que é baixa, ao redor de 20%.
Já os impactos ambientais mais relevantes
estão relacionados com a flora e fauna, bem inferiores comparados aos dos lagos
para hidrelétricas instaladas em rios.
A indomável energia das marés
As ondas, as marés e o calor dos oceanos
abrigam reservas energéticas inesgotáveis. O difícil é domesticar essas forças
selvagem pata convertê-la de modo eficiente em eletricidade.
As gigantescas massas de água que cobrem dois
terços do planeta constituem o maior coletor de energia solar imaginável. Os
raios solares não apenas aquecem a água da superfície, como também põe em
movimento a maquinaria dos ventos que produz as ondas. Finalmente, as marés,
originadas pela atração lunar, que a cada 12 horas e 25 minutos varrem os
litorais, também representam uma tentadora fonte energética. Em conjunto, a temperatura
dos oceanos, as ondas e as marés poderiam proporcionar muito mais energia do
que a humanidade seria capaz de gastar - hoje ou no futuro, mesmo considerando
que o consumo global simplesmente dobra de dez em dez anos.
O problema está em como aproveitar essas
inesgotáveis reservas. É um desafio à altura do prêmio, algo comparável ao
aproveitamento das fabulosas possibilidades da fusão nuclear. Apesar das
experiências que se sucederam desde os anos 60, não se desenvolveu ainda uma
tecnologia eficaz para a exploração comercial em grande escala desses tesouros
marinhos, como aconteceu com as usinas hidrelétricas, alimentadas pelas águas
represadas dos rios, que fornecem atualmente 10% da eletricidade
consumida no - mundo (no Brasil, 94 %).
A ideia de extrair a energia acumulada nos
oceanos, utilizando a diferença da maré alta e da maré baixa, até que não é
nova. Já no século XII havia na Europa moinhos submarinos, que eram instalados
na entrada de estreitas baías — o fluxo e o refluxo das águas moviam as pedras
de moer. Mas os pioneiros da exploração moderna das marés foram os habitantes
de Husum, pequena ilha alemã no mar do Norte. Ali, por volta de 1915, os
tanques para o cultivo de ostras estavam ligados ao mar por um canal, onde
turbinas moviam um mini gerador elétrico durante a passagem da água das marés;
a eletricidade assim produzida era suficiente para iluminar o povoado.
Muito mais tarde, em 1967, os franceses
construíram a primeira central maremotriz (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, a usina de Rance é a única no
mundo a produzir, com lucro, eletricidade em quantidade industrial a partir das
marés.
O exemplo francês estimulou os soviéticos em
1968 a instalar perto de Murmansk, no mar de Barents, Círculo Polar Ártico, uma
usina piloto de 20 MW, que serviria de teste para um projeto colossal, capaz de
gerar 100 mil MW, ou oito vezes mais que Itaipu. A usina exigiria a construção
de um gigantesco dique de mais de 100 quilômetros de comprimento. Mas a ideia
foi arquivada quando se verificou que seria economicamente inviável. O
desenvolvimento de um novo tipo de turbina, chamada Straflo (do inglês,
straight flow, fluxo direto), permitiu reduzir em um terço os custos de uma
usina maremotriz.
Os canadenses foram os primeiros a empregá-la.
Em 1984, acionaram uma usina experimental de 20 MW, instalada na baía de Fundy
(na fronteira com os Estados Unidos, na costa Leste), onde o desnível de 20
metros entre as marés é o maior do mundo (na usina de Rance, por exemplo, a
diferença é de 13,5 metros). Se os testes forem satisfatórios, até o final do
século poderá ser construída na baía de Fundy uma usina maremotriz de 5 500 MW.
No Brasil, que não prima por marés de grande
desnível, existem três lugares adequados à construção dessas usinas, relaciona
o professor Reyner Rizzo, do Departamento de Oceanografia Física da
Universidade de São Paulo: na foz do rio Mearim, no Maranhão, na foz do
Tocantins, no Pará, e na foz da margem esquerda do Amazonas, no Amapá. "O
impacto ambiental seria mínimo", explica Rizzo, "pois a água
represada pela barragem não inundaria terras novas, apenas aquelas que a
própria maré já cobre."
Mais surpreendentes ainda são as especulações
sobre o aproveitamento energético do movimento das ondas: em teoria, se fosse
possível equipar os litorais do planeta com conversores energéticos, as
centrais elétricas existentes poderiam ser desativadas.
Basta pensar que uma onda de 3 metros de
altura contém pelo menos 25 kW de energia por metro de frente. O difícil,
talvez impossível, é transformar eficientemente toda essa energia em
eletricidade — os dispositivos desenhados até hoje são em geral de baixo
rendimento. E não é por falta de ideias — desde 1890, somente na Inglaterra
foram concedidas mais de 350 patentes a dispositivos para aquela finalidade.
A maioria usa o mesmo princípio: a onda
pressiona um corpo oco, comprimindo o ar ou um líquido que move uma turbina
ligada a um gerador. Com esse processo, a 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, cujo litoral é constantemente
fustigado por poderosas ondas, 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 cinquenta casas. 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. Mas o
projeto mais original é, sem dúvida, o do engenheiro Stephen Salter, da
Universidade de Edimburgo, na Escócia. Modelos reduzidos dele já foram testados
no lago Ness — aquele mesmo do suposto monstro.
O sistema chama-se "pato de Salter"
(Salter’s cam, em inglês, eixo excêntrico de Salter; o nome em português vem do
fato de o equipamento imitar o movimento das nadadeiras de um pato). 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. Quando os
preços do petróleo dispararam na década de 70, os americanos chegaram a
imaginar que outro sistema, as centrais térmicas marinhas, oferecesse a saída
para a crise energética que ameaçava frear a economia mundial.
O pioneiro dessa técnica tinha sido um
inventor solitário e voluntarioso, o francês Georges Claude, que na década de
30 investiu toda a sua considerável fortuna na construção de uma dessas usinas
nas costas brasileiras. Ele aportou em outubro de 1934 no Rio de Janeiro, a
bordo do cargueiro La Tunisie, onde recebeu as boas - vindas e os votos de boa
sorte de ninguém menos que o presidente Getúlio Vargas. Claude, então com 64
anos de idade, enriquecera com a invenção, em 1910, do tubo de gás neon para
iluminação, mas considerava um desafio ainda maior a busca de novas fontes de
energia. Ele demonstrara que uma diferença de 18 graus entre a temperatura das
águas aquecidas da superfície e as mais frias da profundidade do oceano era
suficiente para movimentar um sistema fechado no qual a amônia, ou a água, num
ambiente de vácuo parcial, se evapora, movendo uma turbina que gera
eletricidade, e volta a se condensar, para tornar a evaporar, movimentando
novamente a turbina e assim por diante. Com obstinação — e muito dinheiro —,
Claude construíra uma usina experimental na baía de Matanzas, em Cuba. Se o princípio
do sistema tinha uma aparência simples, a sua execução foi extremamente
trabalhosa.
Um tubo precisava trazer a água da superfície
do mar para a usina na beira da praia; um segundo e enorme tubo, de 1 metro de
diâmetro e quase 1 quilômetro de comprimento, sugaria a água do fundo do mar
para a unidade de refrigeração. Claude chegou a montar uma via férrea de 2
quilômetros em direção ao mar para fazer mergulhar o tubo. Na terceira
tentativa, no dia 7 de setembro de 1930, os cubanos viram finalmente chegar a
água à usina, na temperatura de 11 graus, e a eletricidade começar a ser
produzida. Claude instalou depois uma nova usina a bordo de um navio cargueiro.
Em alto-mar, raciocinava o inventor, não
enfrentaria o problema de trazer o tubo à praia — ele desceria verticalmente do
próprio casco do navio. Com essa tarefa, o La Tunisie chegou ao Rio de Janeiro.
Depois de quatro meses de preparativos, começou a delicada operação de descer
os 800 metros de tubo. Mas o movimento das ondas impediu a soldagem perfeita de
uma das 112 seções — e o projeto acabou indo água abaixo. Georges Claude morreu
arruinado em 1960, sem realizar seu sonho. A técnica, porém sobreviveu,
conhecida pela sigla ETM (energia térmica dos mares), ou OTEC em inglês (ocean
thermic energy conversion, conversão da energia térmica dos oceanos).
O governo francês voltaria a utilizá-la em
1948, com a construção de uma usina experimental ao largo de Abidjan, na Costa
do Marfim, África Ocidental. O projeto mais ambicioso até agora foi o da
companhia americana Lockheed, no início dos anos 70, abandonado afinal por
razões econômicas. Seria uma gigantesca central dotada dos recursos
tecnológicos de que Claude não dispunha em sua época: do tamanho de um
superpetroleiro de 300 mil toneladas, flutuaria no mar como um iceberg, no qual
apenas a torre de acesso, de 16 metros, estaria acima da superfície.
Da parte inferior da estrutura submersa
penderiam os tubos — com 500 a 700 metros de comprimento — para sugar a água
fria; pela parte superior, entraria a água aquecida da superfície um líquido
operante de baixo ponto de ebulição (que vira vapor em temperaturas
relativamente baixas), como o amoníaco, o freon ou o propano, impulsionaria as
turbinas. Ainda que o rendimento final fosse irrisório, pois 97 por cento da
energia produzida era consumido no próprio processo de bombear a água de
tamanha profundidade, os quatro geradores previstos no projeto proporcionariam
uma potência de 60 MW. Com os preços do petróleo nas nuvens, a operação então
se justificava. Mas quando as cotações desabaram, esse e outros projetos de
conversão de energia térmica dos oceanos foram arquivados. Resta aguardar a
próxima crise energética para saber se a humanidade tentará novamente
aproveitar a imensa generosidade dos mares, com outras tecnologias cada vez
mais avançadas, ou se permanecerão os oceanos para sempre indomáveis.
Ondas de vento
Todo surfista sonha com a onda perfeita,
aquela que vem quebrando progressivamente, de uma extremidade a outra,
permitindo as mais ousadas evoluções sobre a prancha. Como os célebres
"tubos" de Jeffrey’s Bay, na África do Sul, onde é possível ficar até
dois minutos descendo a mesma onda. Perfeitas, ou imperfeitas, as ondas se
formam a partir da ação dos ventos sobre a superfície do mar. Existe uma correlação
bem definida entre a velocidade do vento e o tamanho das ondas. Tanto que a
escala Beaufort, que mede a intensidade dos ventos baseia-se na observação do
aspecto da superfície marinha.
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.
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.
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 económica 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 secção 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 aciona 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 Maremotriz
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.
Desvantagens das marés traz uma série de problemas:
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)
Energia das ondas e marés
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 na 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 mares 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 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
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.
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 cinquenta 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% 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 em
1967, os franceses construíram a primeira central maremotriz (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.
As marés, que resultam da força gravitacional da Lua e do Sol, bem como
do movimento de rotação da Terra, acumulam grandes quantidades de energia.
Esta energia é obtida através de barragens construídas em áreas
costeiras 'afetadas' por marés.
Esta barragem bloqueia e controla o movimento das marés, que vão acionar
turbinas especiais, que retêm a água que entra na maré alta, libertando-a na
maré baixa.
A maior destas barragens encontra-se no norte de França (Bretanha), e
produz cerca de 240 megawatt.
Estação de energia das marés La Rance (norte da França)
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 das marés.
Maré
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 cinquenta 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 são 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 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 pelas marés.
Ondas e Mares
A tecnologia Pelamis afigura-se a uma cobra articulada que balança à
medida que as ondas percorrem o seu comprimento. Esse movimento nas
articulações permite acionar geradores de eletricidade e a energia é depois
recolhida por um cabo submarino e encaminhada para terra.
Está previsto que um quilómetro quadrado de oceano seja ocupado com os
geradores Pelamis disponibilizando uma potência de 24 MW, podendo alimentar
aproximadamente 20.000 habitações.
As ondas de alto mar podem oferecer uma
energia tecnicamente mais estável que a das ondas de rebentação ou mesmo que a
gerada pelo aproveitamento do vento. O movimento ondular produz energia
cinética que pode pôr uma turbina a funcionar e a energia mecânica da turbina é
transformada em energia eléctrica através de um gerador.
Atualmente utiliza-se o movimento de
subida/descida da onda para dar potência a um êmbolo que se movo de cima para
baixo num cilindro, o êmbolo pode por um gerador a funcionar.
Vantagens e Desvantagens
Vantagens:
É uma energia renovável.
Não produz qualquer tipo de poluição.
Estão menos dependentes das condições da
costa.
Não produz qualquer tipo de poluição.
Estão menos dependentes das condições da
costa.
Desvantagens:
Instalações de potência reduzida;
Requer uma geometria da costa especial e com
ondas de grande amplitude.
Impossibilita a navegação (na maior parte dos
casos).
A deterioração dos materiais pela exposição à
água salgada do mar.
Oceanos
O potencial de energia do mar, através das marés e das ondas, aguarda
avanços técnicos e tecnológicos, que permitam uma maior utilização. É conhecida
uma patente que data de 1799, respeitante a uma máquina movida pela força das
ondas.
Alguns países estão bastante empenhados no avanço da exploração das
ondas do mar para produzir eletricidade, tais como a Grã Bretanha, Portugal e
Países Escandinavos.
Na Ilha do Pico, nos Açores, está em operação uma central com 400 kW,
que é a primeira central no mundo a produzir eletricidade a partir da energia
das ondas, de uma forma regular. Esta central é uma central onshore.
O futuro deste tipo de produção de eletricidade reside em centrais
offshore em que se prevê para Portugal um potencial elevado que pode levar a
que em 2025 cerca de 20% da eletricidade consumida tenha esta origem. Contudo,
esta perspectiva pressupõe que o aperfeiçoamento das diferentes tecnologias,
que ainda estão a dar os primeiros passos, se venham a afirmar.
Outra forma de aproveitamento dos oceanos para a produção de
eletricidade é a energia das marés, mas em Portugal a diferença de nível entre
a maré cheia e a baixa-mar não é suficiente para este fim. No nosso País, são
conhecidos os chamados moinhos de maré, na margem sul do estuário do Tejo, que
funcionaram desde o século XIV.
Energia das ondas
As ondas são formadas pela força do vento sobre a água e o tamanho das
ondas varia com a velocidade do vento, da sua duração e da sua distância da
água da qual o vento faz força. O movimento da água que resulta da força do
vento transporta energia cinética que pode ser aproveitada por dispositivos
próprios para a captação dessa energia, chamada energia das ondas.
Além da energia gerada pelo movimento da água que gera ondas e das quais
resulta energia cinética, existe também a energia das marés que resulta da
deslocação da água do mar, ou seja, com as variações de marés e ainda existe a
energia térmica dos oceanos que apesar de ser menos falada não deixa de ser
importante.
Como o nome indica este tipo de energia usa as diferenças de temperatura
do mar, ainda não se sabe muito sobre esta energia, apesar de estar a ser
utilizada no Japão numa fase de demonstração e experimentação.
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: sistema 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 aciona 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.
Energia maremotriz
Energia maremotriz é o modo de geração de
eletricidade através da utilização da energia contida no movimento de massas de
água devido às marés. Dois tipos de energia maremotriz podem ser obtidas:
energia cinética das correntes devido às marés e energia potencial pela
diferença de altura entre as marés alta e baixa.
Em qualquer local a superfície do oceano
oscila entre pontos altos e baixo, chamados marés, a cada 12h e 25min. Em
certas baías e estuários, como junto ao Monte Saint-Michel, no estuário do rio
Rance, na França, ou em São Luís, no Brasil, essas marés são bastante
amplificadas, podendo atingir alturas da ordem de 15 metros. As gigantescas
massas de água que cobrem dois terços do planeta constituem o maior coletor de
energia solar imaginável. As marés, originadas pela atração lunar, também
representam uma tentadora fonte energética. Em conjunto, a temperatura dos
oceanos, as ondas e as marés poderiam proporcionar muito mais energia do que a
humanidade seria capaz de gastar — hoje ou no futuro, mesmo considerando que o
consumo global simplesmente dobra de dez em dez anos.
A energia das marés é obtida de modo
semelhante ao da energia hidrelétrica.
Trata-se de uma obra complexa de Engenharia
hidráulica. Constrói-se uma barragem, formando-se um reservatório junto ao mar.
Quando a maré é alta, a água enche o reservatório, passando através da turbina
hidráulica, tipo bulbo, e produzindo energia elétrica. Na maré baixa, o
reservatório é esvaziado e a água que sai do reservatório passa novamente
através da turbina, em sentido contrário, produzindo a energia elétrica. Este tipo
de fonte é também usado no Japão, na França e na Inglaterra. A primeira usina
maremotriz construída no mundo para geração de eletricidade foi a de La Rance,
em 1963. (portalsaofrancisco)
