o oceano e o vento como integradores de energias ... · o oceano funciona como um integrador, ou...
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O Oceano e o Vento como integradores de Energias
Renováveis - Investigação e Projetos em Curso
A investigação científica em Cabo Verde após a independência era insipiente e
resumia-se a duas instituições, o INIT e o INIDA. O nascimento das
universidades e a criação dos centros da CEDEAO (ECREEE) e do recente
CERMI, veio dar novo alento à ideia de se fazer investigação aplicada
endógena, paralelamente aos cursos que se dedicam à formação técnica e
académica em energias renováveis. O grandes problemas são:
Investigação e Desenvolvimento em ER
Isolamento => Custos Elevados do transporte de energia;
Pequenas dimensões => Pequenas redes de distribuição; Baixos consumos;
Custos elevados da energia por habitante.
Emissões => Custos para o ambiente.
Turismo => Custos sazonais; Impacto na Potência Instalada;
Grande procura de Energia e água;
Grande produção de resíduos;
Necessidades em Água Potável => Custos energéticos de Dessalinização
Aquecimento e refrigeração => Custos na qualidade de vida;
Resíduos => Custos associados à sua eliminação
Caracterização das Ilhas
Eólica;
Solar;
Biomassa;
Geotérmica;
Energia das Ondas;
Hídrica (mini hídricas)
Correntes
OTEC
SOLUÇÕES
Fuel Cells;
Co-geração;
Tri-geração;
LPG;
LNG;
Bio fuel.
70 50
40
0
30
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0
20
0 40 50 40
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0 30 40 50 70
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100
100
15
Wave power levels are approximate and given as kW/m of wave
front
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40
Análise dos Recursos
Energia das ondas do mar em kW/m de frente de onda
Existe, contudo, uma dificuldade da engenharia que se coloca pela forma como este tipo de
energia ocorre. A engenharia tradicional está habituada a movimentos usuais com baixos
binários e grandes velocidades angulares. Os conversores de energia das ondas estão expostos a
problemas de fadiga dadas as flutuações das cargas e a corrosão da água do mar. Cabo Verde,
com energia do oceano moderada, é um excelente laboratório natural para ensaio e
desenvolvimento desta tecnologia.
Análise dos Recursos
Estudos realizados identificaram um potencial superior a 2.600 MW de
energias renováveis em todo o país.
Gráfico da Intensidade de Potência das FER – Ilha Plana
Sal Island Renewable Energy Resources Potential
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 3 5 7 9 11Month
Po
we
r In
ten
sit
y (
kW
/m2
)
1/10 of Wave Power Intensity (kW/m2) Wind Power Intensity (kW/m2)
Sal Solar Radiation (kW/m2) 1/10 of Load (MWh)
Sal Island Aggregated RES Potential
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
1 3 5 7 9 11Month
Po
wer
Inte
nsit
y (
kW
/m2)
Wind + Solar Total RES 1/10 of Load (MWh)
Gráfico da Intensidade de Potência das FER – Ilha Plana
O Oceano como Integrador de FER
O oceano funciona como um integrador, ou seja, uma tempestade longínqua pode gerar ondas
incidentes em litorais distantes. O vento que gera tais tempestades não necessita ser local. O
sol não precisa de brilhar mas a sua energia mantêm-se presente muito depois da tempestade
desaparecer. Em cada uma das etapas de transformação sol-vento-ondas a intensidade de
potência aumenta. De facto, a radiação solar média a uma latitude de 15° N é 0,170 kW/m2. A
velocidade do vento no oceano a esta latitude é de aproximadamente 10 m/s, correspondendo a
uma intensidade de potência de cerca de 0,600 kW/m2. A onda média produzida por este vento
tem uma intensidade de potência de cerca de 3,2 kW/m2. A dimensão relativa de uma central
solar fotovoltaica e uma eólica, ambas de 5 MW de potência, é bem elucidativa deste
fenómeno.
Correntes
de maré (sem represa)
oceânica
De maré (com represa)
Gradiente térmico (OTEC)
Gradiente salino
Eólica offshore flutuante
Ondas
Formas de Energia do Oceano
Energia das Correntes Oceânicas
As correntes oceânicas, também intimamente ligadas aos ventos, possuem grande energia.
Em Cabo Verde, existe um potencial bem localizado desta forma de energia. Trata-se de uma
zona de altíssima concentração, por efeito de venturi, no canal de Santa Luzia, que separa
essa ilha da ilha de São Vicente. O canal tem uma profundidade máxima de 30 m e o fluxo
hidrodinâmico concentra águas de grandes profundidades que sobem a encosta das duas ilhas
no sentido Norte-Sul. Este escoamento forçado é obrigado a passar no referido canal, onde se
registam velocidades de corrente entre os 9 e os 12 nós. Trabalhos de construção civil no
canal podem conduzir a escoamentos maiores e ao aproveitamento de tal energia.
Energia do Gradiente Térmico (OTEC)
A conversão do gradiente térmico do oceano é um processo que produz energia
elétrica ao explorar a diferença de temperatura entre a água fria em profundidade
(1000 m) e a água quente da superfície (+ 20ºC) Trata-se de um ciclo
termodinâmico do tipo Rankine. Na figura seguinte pode-se ver um sistema de
dessalinização.
Energia das Ondas
Estudos detalhados nas ilhas nunca foram feitos, mas observações visuais e dados da marinha
mostram que a climatologia das ondas do mar está intimamente relacionada com a presença
de ventos criados em longínquas regiões, onde se fazem sentir alterações meteorológicas
provocadas pelo anticiclone dos Açores, a Norte, e o anticiclone de Santa Helena, a Sul. Uma
vez essa energia convertida em ondas superficiais de gravidade, ela dissipa-se muito devagar
em águas profundas, enquanto viaja a velocidades entre 500 a 1000 km por dia.
A energia das ondas, sendo tão visível e presente nos seus efeitos, levou muitos inventores a
criar meios e aparelhos para lhes extrair energia. E existem mais de 1000 patentes nesse
domínio, apenas na Europa, América do Norte e Japão.
Sistema Wave2O de Captação da Energia das Ondas
Sistema Wave2O de Captação da Energia das Ondas
Sistemas Oscilantes com Flutuação
Sistema Nacional de Captação da Energia das Ondas
Em Cabo Verde tem havido
investigação de uma tecnologia
nacional, sobre a qual recaiu algum
interesse internacional. Esta
tecnologia foi apresentada em
Bruxelas em 1988.
O sistema pode extrair mais de 50%
da energia da onda que o atinge,
abrindo assim caminho para o ensaio
de um modelo reduzido em tanque
de ondas, bem como do estudo de
factibilidade tecno-económica.
Tal foi validado pelo modelo
matemático desenvolvido nos EUA
pelo autor, com rendimentos de cerca
de 89%. Este resultado consiste num
evento tecnológico, na medida em
que nenhum sistema de captação de
energia das ondas até hoje projetado,
ultrapassa os 50 % de rendimento.
O sistema inclui um cilindro
circular semi-emerso, ligado a
um eixo fixo a uma estrutura
constituída por duas colunas
que sustentam uma
plataforma.
O cilindro flutuante pode
rodar em torno do eixo. O
cilindro é instalado num
pontão tipo cais,
perpendicular à costa e, no
caso de tempestade, o cilindro
pode ser elevado e preso ao
pontão.
Esta posição pode também ser
usada para fazer operações de
manutenção.
Sistema Nacional de Captação da Energia das Ondas
Sistema Nacional de Captação da Energia das Ondas
.
O cilindro está também ligado a
um pistão, que aciona uma turbina
a ar do tipo "Wells".
O sistema cabo-verdiano tem
constantes de amortecimento e de
mola fixas, para uma configuração
geométrica específica. É portanto
possível afinar o cilindro, fazendo
variar simultaneamente a sua
massa e submergência.
Concluímos também que as
operações de manutenção não
apresentam riscos para os
operadores.
Uma conclusão importante é que a
maioria dos resultados são também
válidos para outras configurações.
Esta conclusão é de grande interesse para a
aplicação em áreas como a da dessalinização da
água do mar, onde em vez de uma turbina,
teríamos um conjunto de pistões que forçam a
água a alta pressão através de membranas de
osmose inversa, produzindo assim grandes
quantidades de água potável.
Sistema Nacional de Captação da Energia das Ondas
Sistema Nacional de Concentração da Energia do Vento
Turbinas Eólicas Integradas em Construções
Sistema Nacional de Concentração da Energia do Vento
A
N
J
O
E
Ó
L
I
C
O
O dispositivo orienta-se
automaticamente ao
vento, e o cilindro interior
fixo pode ser usado para
armazenagem de água ou
habitação
O sistema evita a
aproximação de aves e
projeção de uma pá.
Dentro do cilindro
podem ser alojados o
eletrolisador, fuel cells
e o depósito de
hidrogénio
Sistema Nacional de Concentração da Energia do Vento
• Em termos das capacidades endógenas de I&D existe ainda muito por fazer,
quer ao nível da academia, quer de instituições de investigação, carecendo a
universidade de politicas de investigação e de laboratórios de ponta, e o estado
de programas de incubação de empresas.
• O maior desafio situa-se não só ao nível económico, mas também ao nível
humano, com a criação de nova mentalidade de trabalho em equipa. O
orçamento de investigação tem de ser reforçado para que os projectos
nacionais, bem identificados, sejam desenvolvidos e implementados.
• A fasquia elevada que o governo de Cabo Verde colocou em termos de
aplicação de energias renováveis, apontando para uma cobertura de 50% até
2020 e de 100% até 2050, apesar de ambiciosa, constitui um estímulo para as
instituições envolvidas, devendo ser tomadas medidas ao nível do ensino
superior e profissionalizante, no sentido de aliviar a futura dependência
tecnológica das empresas e instituições estrangeiras, e diminuir os custos da
assistência técnica.
Conclusões
• Apesar das grandes expectativas, os custos atuais são elevados e não
existe experiência operacional.
• Existem barreiras identificadas, a maior parte das quais podem ser
eliminadas ou reduzidas mediante políticas públicas adequadas.
• Os recursos moderados de energia das ondas em Cabo Verde mostram
que o arquipélago pode ser um bom laboratório natural.
• A previsibilidade e pouca flutuabilidade desta forma de energia, apresenta
vantagens em relação ao sol e ao vento
• Não restam dúvidas de que, ao longo dos 40 anos de independência, o
ciclo de aprendizagem em novas tecnologias de energias renováveis foi
frutífero, e resultou numa série de projetos públicos e privados de maior
ou menor dimensão.
• MUITO OBRIGADO
Conclusões