projeto final i
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POTENCIAL ENERGÉTICO DA COSTA BRASILEIRA PARA ENERGIA DE ONDASTRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E MEIO AMBIENTE
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE RECURSOS HÍDRICOS E DO MEIO AMBIENTE
THALITA BARROS DA COSTA
– GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DAS ONDAS –
ESTUDO DE CASO: PORTO DE PECÉM
NITERÓI – RJ
2014
THALITA BARROS DA COSTA
– GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DAS ONDAS –
ESTUDO DE CASO: PORTO DE PECÉM
Projeto Final I de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora como parte dos requisitos à Graduação de Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente da Universidade Federal Fluminense, e obtenção do título de Engenheira Ambiental, sob orientação do prof. Gustavo Noronha.
NITERÓI – RJ
2014
THALITA BARROS DA COSTA
– GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DAS ONDAS –
ESTUDO DE CASO: PORTO DE PECÉM
Projeto Final I de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora como parte dos requisitos à Graduação de Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente da Universidade Federal Fluminense, e obtenção do título de Engenheira Ambiental, sob orientação do prof. Gustavo Noronha.
Aprovado em: ....../....../......
Banca Examinadora
____________________________________
Prof. Gustavo Carneiro de Noronha, M.Sc.Orientador
____________________________________
Prof. Mônica de Aquino Galeano Massera da Hora, D.Sc.Coorientadora
____________________________________
Prof. Chou Sin Hwa, M.Sc.Membro interno
____________________________________
Prof. Eduardo Jorge, M.Sc.Membro interno
NITERÓI – RJ
2º/2014
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus por me fazer perseverar mesmo nos momentos mais difíceis.
Agradeço ao meu noivo, Tiago Tebaldi, por estar comigo sempre, mesmo quando
estávamos separados geograficamente. Agradeço pelas palavras de incentivo e pelos
choques de realidade que me deu até esse momento. Tudo valeu a pena! Te amo muito!
Agradeço a minha família, que sempre esteve ao meu lado me apoiando e me
impulsionando a conquistar mais vitórias. Agradeço em especial a minha mãe, Rosa, que
sempre acreditou no meu potencial.
Agradeço à Universidade Federal Fluminense por ter se tornado uma segunda casa pra
mim, onde passei meus últimos 6 anos. Foram anos de perseverança, dificuldade, mas
muita alegria a aprendizado.
Agradeço à Chou Sin Hwa por tudo! Por toda ajuda, toda compreensão e principalmente
por ser uma pessoa incrível. Com certeza tornou esse trajeto mais especial e
inesquecível.
Agradeço a todos os professores, por terem compartilhado um pedacinho de seus
conhecimentos comigo. Cada um contribuiu enormemente para quem sou hoje,
profissional e pessoalmente falando.
Agradeço ao meu orientador, Gustavo Noronha, por ter me auxiliado com tanta paciência
e disponibilidade, e à minha coorientadora, Mônica da Hora, por ter me ajudado a finalizar
e revisar o trabalho.
Agradeço ultimamente aos meus amigos e amigas, inclusive os que conheci e cultivei na
UFF. Eles foram fundamentais nesse trajeto.
OBRIGADA!!!
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - ESQUEMA USINA TERMELÉTRICA / FONTE: FURNAS...........................................................................................................6
FIGURA 2 - USINAS TERMELÉTRICAS POR POTÊNCIA INSTALADA / FONTE: RELATÓRIO GERENCIAL ANEEL 2º/2014..............................7
FIGURA 3 - USINAS TERMELÉTRICAS POR QUANTIDADE / FONTE: RELATÓRIO GERENCIAL ANEEL 2º/2014...........................................8
FIGURA 4 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DO REFINO DE PETRÓLEO / FONTE: SITE DA WEB
[HTTP://VAGASOFFSHOREBRASIL.BLOGSPOT.COM.BR]/2014.......................................................................................................9
FIGURA 5 - DIFERENTES TIPOS DE CARVÃO MINERAL / FONTE: SITE DA WEB [HTTP:// HTTP://HULHA-ETEOT.BLOGSPOT.COM.BR]/2014...10
FIGURA 6 - MINA CANDIOTA-RS / FONTE: CONSELHO DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO SOCIAL / 2014.........................................11
FIGURA 7 - EXTRAÇÃO DE GÁS NATURAL EM M³/ANO / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://WIKIPEDIA.ORG/WIKI/GÁS_NATURAL]/2014...........13
FIGURA 8 - EXTRAÇÃO DO GÁS NATURAL /FONTE: BAHIAGÁS / 2014.................................................................................................14
FIGURA 9 - ESQUEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR / FONTE: ANEEL, 2002...........................................................................15
FIGURA 10 - ESQUEMA SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS / FONTE: FURNAS, 2014............................................................................19
FIGURA 11 - USINA HIDRELÉTRICA POR ACUMULAÇÃO / FONTE: IPCC, 2012....................................................................................20
FIGURA 12 - USINA HIDRELÉTRICA A FIO D'ÁGUA / FONTE: IPCC, 2012............................................................................................20
FIGURA 13 - POTENCIAL HIDRELÉTRICO BRASILEIRO POR BACIA (MW) / FONTE: ELETROBRÁS, JULHO/2014......................................22
FIGURA 14 - ESQUEMA VELOCIDADE DO VENTO X ALTURA / FONTE: ELETROBRÁS – ATLAS EÓLICO DE ALAGOAS/2008......................23
FIGURA 15 - PARQUE EÓLICO OFFSHORE E ONSHORE / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://ECO4U.WORDPRESS.COM]/2013........................24
FIGURA 16 - PROGRESSÃO DAS DIMENSÕES DAS TORRES E PROJEÇÃO PARA O FUTURO / FONTE: GREENPEACE/2013........................25
FIGURA 17 - EMISSÕES DE CO2 EVITADAS PELA GERAÇÃO EÓLICA / FONTE: ABEEÓLICA 2014.........................................................26
FIGURA 18 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DA INCIDÊNCIA DA RADIAÇÃO SOLAR NA ATMOSFERA TERRESTRE / FONTE:SITE DA WEB
[HTTP://CO2NOW.ORG]/2007.................................................................................................................................................27
FIGURA 19 - EFEITO FOTOVOLTÁICO / FONTE: GREENPEACE/2013...................................................................................................28
FIGURA 20 - TIPOS DE USINA SOLAR CONCENTRADA / FONTE: GREENPEACE, 2013...........................................................................30
FIGURA 21 - ESQUEMA DE AQUECIMENTO SOLAR / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://COTIDIANO-SUSTENTAVEL.WEBNODE.COM]/2014........31
FIGURA 22 - EQUAÇÃO QUÍMICA DA FOTOSSÍNTESE / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://WWW.ENEMVIRTUAL.COM.BR]/2011........................32
FIGURA 23 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DO CICLO DO CARBONO / FONTE: SITE DA WEB
[HTTP://WWW.ENERGIASRENOVAVEIS.COM]/2009....................................................................................................................33
FIGURA 24 - BIOMASSA SÓLIDA / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://CELULOSEONLINE.COM.BR]/2014........................................................34
FIGURA 25 - MATÉRIA PRIMA PARA BIOCOMBUSTÍVEIS DE PRIMEIRA GERAÇÃO / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://ESTACAO-
BIO.BLOGSPOT.COM]/2012....................................................................................................................................................35
FIGURA 26 - ESQUEMA DA GERAÇÃO DE BIOGÁS E FERTILIZANTES (COGERAÇÃO) / FONTE: SITE DA WEB
[HTTP://WWW.REDAGRICOLA.COM/2012.................................................................................................................................36
FIGURA 27 - PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DO BIOGÁS DE ATERROS SANITÁRIOS / FONTE: SITE DA WEB
[HTTP://SUSTENTAREAMBIENTAL.COM]/2014...........................................................................................................................36
FIGURA 28 - BIOMASSA X POTÊNCIA INTALADA EM 2014 / FONTE: ANEEL/2014...............................................................................38
FIGURA 29 - BIOMASSA X QUANTITATIVO EM 2014 / FONTE: ANEEL/2014........................................................................................38
FIGURA 30 - MATURIDADE DAS TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA OCEÂNICA / FONTE: COPPE/UFRJ.........................39
FIGURA 31 - USINA MAREMOTRIZ DE LA RANCE – FRANÇA / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://SUSTENTABILIDADE.ALLIANZ.COM.BR]/2014..41
FIGURA 32 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DO PROTÓTIPO / FONTE: SITE PLANETA COPPE/2013......................................................42
FIGURA 33 - PELAMIS EM FUNCIONAMENTO / FONTE: EMEC.ORG.UK................................................................................................45
FIGURA 34 - ESQUEMA GERAL DO PELAMIS E SEU FUNCIONAMENTO / FONTE: SITE OFICIAL DO PELAMIS.............................................45
FIGURA 35 - VISÃO GERAL DO FUNCIONAMENTO POWERBUOY / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://JAGADEES.WORDPRESS.COM]/2010.......46
FIGURA 36 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DO FUNCIONAMENTO DOS CONVERSORES OSCILANTES DE TRANSLAÇÃO DAS ONDAS / FONTE:
SITE DA WEB [HTTP://WWW.CONNAISSANCEDESENERGIES.ORG]/2012......................................................................................47
FIGURA 37 - FIGURA ESQUEMÁTICA DE UM DISPOSITIVO DE GERAÇÃO COSTEIRO / FONTE: FLEMING/2012..........................................48
FIGURA 38 - OCEAN ENERGY BUOY / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://WWW.INVESTINCORNWALL.COM]/2012..........................................48
FIGURA 39 - DISPOSITIVO DE GALGAMENTO ONSHORE / FONTE: EMEC/2009..................................................................................49
FIGURA 40 - WAVE DRAGON, DISPOSITIVO DE GALGAMENTO OFFSHORE / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://WAVEPOWER.EK.LA/2014........50
FIGURA 41 - WAVE DRAGON VISÃO SUPERIOR / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://TPEENERGIEDELAMER.BLOGSPOT.COM/2014..................50
FIGURA 42 - WAVE DRAGON VISÃO LATERAL / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://EN.WIKIPEDIA.ORG/2012.................................................51
FIGURA 43 - MOVIMENTO DO TIPO PISTÃO DO DISPOSITIVOS SUBMERSOS DE DIFERENÇA DE PRESSÃO / FONTE: AQUARET/2008.....51
FIGURA 44 - REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA / FONTE: ANEEL/2014.................................................54
FIGURA 45 - MARTRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL 2011 X 2035 / FONTE: AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA.......................................55
FIGURA 46 - PORTO DE PECÉM/CE / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://EFICIENCIAENERGTICA.BLOGSPOT.COM]/2012................................58
FIGURA 47 - FOTO DA USINA DE ONDAS DE PECÉM / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://TRIBUNADOCEARA.UOL.COM.BR]/2013...................59
FIGURA 48 - ESQUEMA SIMPLIFICADO E ILUSTRADO DO FUNCIONAMENTO DA USINA APÓS A ETAPA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA PELOS
BRAÇOS MECÂNICOS ATÉ A CÂMARA HIPERBÁRICA / FONTE: SITE DA WEB [HTTP://ODIA.IG.COM.BR]/2012..................................60
FIGURA 49 - PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DA USINA DE ONDAS DE PECÉM / FONTE: SILVA, 2012...................................................61
FIGURA 50 - CONJUNTO CÂMARA HIPERBÁRICA, TURBINA HIDRÁULICA E GERADOR ELÉTRICO / FONTE: ASSIS, 2010............................62
FIGURA 51 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DA CÂMARA HIPERBÁRICA E DO CONJUNTO TURBO GERADOR / FONTE: FLEMING/2012.........62
FIGURA 52 - ESQUEMA REPRESENTATIVO DO PROJETO FINALIZADO, COM POTÊNCIA DE 500 KW E DETALHE DA BOMBA HIDRÁULICA /
FONTE: COPPE/UFRJ.........................................................................................................................................................63
FIGURA 53 - PERFIL VERTICAL DE 2 ONDAS CONSECUTIVAS / FONTE: OSTRITZ, 2012......................................................................64
FIGURA 54 - FORMAÇÃO DE ONDAS DEVIDO À UMA TEMPESTADE / FONTE: FLEMING, 2012..............................................................66
FIGURA 55 - COMPORTAMENTO DAS ONDULAÇÕES CONFORME SE APROXIMAM DA COSTA / FONTE:FLEMING,2012...........................66
FIGURA 56 - CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS DE ACORDO COM A PROFUNDIDADE / FONTE: FLEMING, 2012...........................................67
FIGURA 57 - MAPA DE ALTURA DE ONDA PRODUZIDO A PARTIR DE DADOS DO SATÉLITE TOPEX/POSEIDON / FONTE: TRUJILLO E
THURMAN, 2011...............................................................................................................................................................68
FIGURA 58 - IMAGEM REPRESENTATIVA DA CIRCULAÇÃO ATMOSFÉRICA GLOBAL / FONTE: OSTRITZ, 2012.........................................70
FIGURA 59 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS – JANEIRO................73
FIGURA 60 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - FEVEREIRO.............73
FIGURA 61 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - MARÇO...................74
FIGURA 62 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - ABRIL.....................74
FIGURA 63 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - MAIO.......................75
FIGURA 64 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - JUNHO....................75
FIGURA 65 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - JULHO.....................76
FIGURA 66 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - AGOSTO.................76
FIGURA 67 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - SETEMBRO..............77
FIGURA 68 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - OUTUBRO...............77
FIGURA 69 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - NOVEMBRO.............78
FIGURA 70 – MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO A VARIAÇÃO DO POTENCIAL ENERGÉTICO ATRAVÉS DAS ONDAS - DEZEMBRO.............78
FIGURA 71 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO O POTENCIAL ENERGÉTICO MÉDIO GERADO ATRAVÉS DAS ONDAS EM UM ANO.............79
FIGURA 72 - MAPA TEMÁTICO REPRESENTANDO O POTENCIAL ENERGÉTICO TOTAL GERADO ATRAVÉS DAS ONDAS EM UM ANO.............79
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - USINAS TERMELÉTRICAS POR TIPO / FONTE: INFORMAÇÕES GERENCIAIS ANEEL 2º/2014.................................................7
TABELA 2 - PARTICIPAÇÃO MUNDIAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR / FONTE: ELETRONUCLEAR, 2014..................................17
TABELA 3 - POTENCIAL HIDRELÉTRICO BRASILEIRO POR BACIA EM MW / FONTE: ELETROBRÁS, JULHO/2014.....................................21
TABELA 4 - BIOMASSA BRASILEIRA - MATÉRIA PRIMA E POTÊNCIA INSTALADA / FONTE: ANEEL/2014..................................................37
TABELA 5 - TABELA DE POTÊNCIA INSTALADA POR TIPOS NO BRASIL / FONTE: ANEEL/2014.............................................................52
TABELA 6 - TABELA DE EMPREENDIMENTOS EM CONSTRUÇÃO E COM CONSTRUÇÃO NÃO INICIADA POR TIPOS NO BRASIL / FONTE:
ANEEL/2014.......................................................................................................................................................................53
TABELA 7 - MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA / FONTE: ANEEL/2014...............................................................................................54
TABELA 8 - CONDIÇÕES DE MAR TOTALMENTE DESENVOLVIDO PARA DIFERENTES VELOCIDADES DE VENTO E AS CARACTERÍSTICAS
RESULTANTES / FONTE: FLEMING, 2012..............................................................................................................................65
TABELA 9 - DADOS DO POTENCIAL DE GERAÇÃO ONDOMOTRIZ POR ESTADO (GW)............................................................................71
TABELA 10 - TABELA DE COMPARAÇÃO ENTRE OS DADOS CALCULADOS E OS DADOS PRESENTES NA LITERATURA (CARVALHO, 2010)
...........................................................................................................................................................................................72
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................................1
2. OBJETIVO....................................................................................................................................3
3. METODOLOGIA..........................................................................................................................3
4. MATRIZ ENERGÉTICA..............................................................................................................4
4.1. Não-renováveis....................................................................................................................5
4.1.1. Combustíveis Fósseis.................................................................................................5
4.1.2. Energia Nuclear..........................................................................................................15
4.2. Renováveis.........................................................................................................................18
4.2.1. Hidrelétrica..................................................................................................................18
4.2.2. Eólica...........................................................................................................................22
4.2.3. Solar.............................................................................................................................27
4.2.4. Biomassa.....................................................................................................................32
4.2.5. Energia Oceânica.......................................................................................................39
4.2.5.1. Maremotriz..........................................................................................................40
4.2.5.2. Ondas..................................................................................................................42
4.3. Brasil: Panorama atual......................................................................................................52
4.4. Mundo: Panorama atual....................................................................................................55
4.5. Projeção de geração de energia a partir das ondas no Brasil.....................................56
4.5.1. Estimativa do potencial energético gerado por ondas na costa do Brasil com ênfase no estado do Ceará......................................................................................................56
4.5.2. Avaliação do potencial de energias oceânicas no Brasil......................................57
5. ESTUDO DE CASO: USINA DE ONDAS DE PECÉM – CE..............................................58
5.1. Dinâmica das ondas..........................................................................................................63
5.1.1. Definições...................................................................................................................63
5.1.2. Formação e energia as ondas..................................................................................64
5.1.3. Interferências do clima..............................................................................................67
5.2. Mapeamento do potencial ondomotriz por região.........................................................70
6. RESULTADOS ENCONTRADOS...........................................................................................71
6.1. Mapas Produzidos.............................................................................................................73
7. CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................80
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................81
8.1. Referências Pesquisadas na Internet.............................................................................82
RESUMO
O presente estudo teve como objetivo identificar as formas de exploração
energética utilizadas no Brasil, focando na geração energética a partir das ondas do
mar. Sendo assim, todas as tecnologias disponíveis para a extração de energia a
partir da dinâmica das ondas foram descritas e exemplificadas, afim de introduzir
conceitos primordiais para o entendimento do fenômeno de formação das ondas e
as formas de extraí-la e utilizá-la como fonte de energia elétrica.
O trabalho também teve foco em descrever detalhes de projeto e
funcionamento do primeiro projeto de geração de energia elétrica a partir das ondas
na América Latina – A Usina de Ondas de Pecém, assim como estimar o potencial
de geração ao longo da costa do Brasil, com base em dados fornecidos na
Dissertação de Mestrado de Frederico Ortritz, pela COPPE/UFRJ.
Palavras-chave: ondas, potencial, costa brasileira, energia, tecnologia, Pecém, usina de ondas
ABSTRACT
The present study aimed to identify the forms of energy exploration used in
Brazil, focusing on energy generation from ocean waves. Therefore, all available
technologies for energy extraction from the dynamics of waves have been described
and exemplified in order to enter primary concepts for the understanding of wave
formation phenomenon and ways to extract it and use it as a source of electricity.
This study also was focused on describing details of design and operation of
the first project of power generation from the waves in Latin America - The Plant
Pecém waves, as well as estimate the generation potential along the coast of Brazil,
based on data provided in Ortritz’s study, from COPPE / UFRJ.
Keywords: waves, potential, Brazilian coast, energy, technology, Pecém, wave
power station
1. INTRODUÇÃO
A energia, nas suas mais diversas formas, é indispensável à sobrevivência
da espécie humana. E mais do que sobreviver, o homem procurou sempre evoluir,
descobrindo fontes e formas alternativas de adaptação ao ambiente em que vive e
de atendimento às suas necessidades. Dessa forma, a exaustão, escassez ou
inconveniência de um dado recurso tendem a ser compensadas pelo surgimento de
outros (ANEEL, 2002).
As energias renováveis são fontes inesgotáveis de energia obtidas na
Natureza, como o sol ou o vento. Esse tipo de energia possui capacidade de
regeneração, ou seja, são virtualmente inesgotáveis.
É importante ressaltar que geralmente essas tecnologias de geração de
energia renovável são pouco impactantes para o Meio Ambiente, e por isso
chamadas de “Energia Limpa”.
Desde o início do século XX, o planeta vem sendo sucessivamente
impactado pela exploração de seus recursos naturais, dentre eles os combustíveis
fósseis, que com sua queima culminam na alteração do clima, poluição atmosférica,
efeito estufa, aquecimento global e diversos outros impactos diretamente ligados
entre si.
A busca por alternativas é cada vez mais crescente e necessária quando se
toma nota que as reservas de combustíveis fósseis, atualmente a principal matriz
energética mundial, está com os dias contados.
Alternativas como a energia nuclear, que também é um recurso esgotável, já
foi citada como uma matriz energética promissora do ponto de vista a complementar
a geração na ocasião da falta de combustíveis fósseis. Segundo dados da
Eletrobrás, a energia nuclear foi responsável por 12,3% da produção de energia
elétrica mundial, o que coloca esse tipo de fonte energética no 4º lugar das maiores
fontes.
1
Porém, com os recentes acontecimentos decorrentes do acidente de
Fukushima, o mundo, em especial a Europa, começa a repensar sua matriz
energética e vislumbrar alternativas menos impactantes, mas que por outro lado
possa ser viável do ponto de vista econômico.
A nova ordem mundial atual é a busca pela auto suficiência em geração de
energia, aliada à diversificação da matriz energética, ou seja, os países estão à
procura de diferentes fontes de energia que se complementem e supram a demanda
interna dos países, na ocasião da escassez de combustíveis fósseis.
Na busca por fontes de energia alternativa, o Brasil leva vantagem em
relação a outros países por possuir possibilidade de geração de energia por vários
meios, incluindo as fontes renováveis como as hidrelétricas, e também pela busca
pelo desenvolvimento de fontes alternativas como a utilização da biomassa para a
produção do biodiesel e do etanol de cana de açúcar.
A questão energética é motivo de preocupação em todo o mundo, mas no
Brasil, em especial, a EPE (Empresa de pesquisa Energética) estimou que caso a
demanda por energia elétrica cresça 4,8% ao ano, o país precisará investir um
montante em torno de R$125 bilhões para a ampliação da geração e transmissão de
energia a fim de evitar um apagão.
Essa pauta vem gerando apreensão nacional e mundial, e ganhando cada
vez mais importância, seja pelo fator ambiental, com a necessidade de se reduzir a
emissão de poluentes para a atmosfera através da queima de combustíveis, seja
pelo fato de uma possível e não muito distante, diminuição significativa das fontes de
energia não-renováveis, o que ocorre com o petróleo, um bem finito e que
atualmente não mais consegue acompanhar o crescimento da demanda.
É nesse contexto mundial, que o estudo das usinas de geração de energia
das ondas, que é uma fonte inesgotável, toma força e espaço como uma linha de
pesquisa para projetos pilotos, como o do Porto de Pecém.
No mundo, tecnologias para geração de energia a partir das ondas já são
mais difundidas e estudadas. Mas, no Brasil, essa iniciativa do Instituto Alberto Luiz
Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE-UFRJ) e do
2
Governo do Ceará de implantar uma planta piloto, fez com que o Brasil se tornasse
pioneira no assunto perante a América Latina.
2. OBJETIVO
Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo estudar as
tecnologias de produção energética brasileira, com ênfase na geração através da
energia das ondas.
Neste trabalho são apresentadas as tecnologias de geração de energia a
partir das ondas, assim como sua classificação, a fim de buscar um entendimento
sobre o Projeto Piloto de Geração de Energia de Ondas do Porto de Pecém – Ceará,
como detalhes de projeto e funcionamento.
Além disso, o potencial energético da costa brasileira também foi estimado
através da compilação de dados de Ostritz (2012) e mapas foram gerados para
representar graficamente a variação e intensidade do potencial ao longo da costa.
3. METODOLOGIA
A metodologia aplicada a este trabalho foi inicialmente baseada em pesquisa
bibliográfica de artigos e publicações acerca do assunto abortado, e posteriormente
estas informações foram consolidadas para a elaboração deste trabalho.
Através dos dados extraídos de Ostritz (2012), foi possível representa-los,
sob forma de informações espaciais, em quatorze mapas temáticos produzidos no
software livre QuantumGis (QGIS). Desses quatorze mapas, doze correspondem às
sazonalidades mensais por estado, e os outros dois correspondem ao potenciam
médio e total por estado.
Após a produção dos mapas, análises foram feitas acerca dos resultados
obtidos, com base em Ostritz (2012) e também foram realizadas comparações entre
3
os dados encontrados e os constantes na literatura (CARVALHO, 2010), que foram
compilados por Fleming (2012).
4. MATRIZ ENERGÉTICA
Matriz energética é toda a energia disponibilizada para ser transformada,
distribuída e consumida nos processos produtivos ou atividades humanas em geral,
e nada mais é do que uma representação quantitativa da oferta de energia,
subdividida em renováveis e não-renováveis.
A análise da matriz energética é fundamental para a orientação e
planejamento do setor energético, que deve garantir a produção e o uso correto
dessa energia produzida.
As principais fontes de energia são:
Não-renováveis:
1. Petróleo
2. Carvão Mineral
3. Gás Natural
4. Energia Nuclear
Renováveis:
1. Hidrelétrica
2. Fotovoltaica
3. Eólica
4. Biomassa
5. Marémotriz
6. Ondas
7. Geotérmica
8. Hidrogênio
4
4.1. Não-renováveis
4.1.1. Combustíveis Fósseis
A queima de combustíveis fósseis é a forma de geração de energia mais
utilizada no mundo. Mais de 70% da oferta global de eletricidade é suprida por
carvão, óleo combustível e gás natural. O diesel também tem forte participação na
geração de eletricidade de comunidades isoladas da rede elétrica, compondo cerca
de 80% do consumo de combustível desses locais (GREENPEACE, 2013).
O setor termelétrico tem como principais matérias-primas o gás natural (38%),
o petróleo (20,8%) e o carvão mineral (9,2%) (Tabela 1, Figuras 2 e 3).
Térmicas movidas a combustíveis fósseis são as campeãs no ranking de
emissão. Os valores mínimos são de 800g de CO2/kWh na queima do carvão, 700g
de CO2/kWh na de óleo combustível e 300g de CO2/kWh na de gás natural. Uma
termelétrica média de 160 MW a óleo combustível, operando 10% do tempo, pode
emitir mais de 80 mil toneladas de CO2 em um ano (GREENPEACE, 2013).
As termelétricas diminuem a dependência brasileira das hidrelétricas.
Também reduzem o risco de racionamento em caso de escassez de chuvas ou
diminuição dos volumes de água nos reservatórios. Outra vantagem das
termelétricas é que elas podem ser instaladas perto dos grandes centros
consumidores, diminuindo assim as perdas de transmissão e melhorando a
qualidade da energia fornecida (NEOENERGIA, 2013).
As usinas termelétricas podem ser de ciclo simples ou de ciclo combinado. No
primeiro caso, a queima do combustível gera a pressão necessária para girar a
turbina que vai mover o gerador. Já o segundo modelo combina sistemas de
geração movidos pela queima do combustível e pelo vapor proveniente dessa
mesma queima (NEOENERGIA, 2013).
5
No ciclo simples, a expansão dos gases resultantes da queima do
combustível (óleo diesel ou gás natural) aciona a turbina a gás, que está diretamente
acoplada ao gerador e, desta forma, a potência mecânica é transformada em
potência elétrica (FURNAS, 2014).
Já no ciclo combinado (Figura 1), o funcionamento é exatamente igual ao
descrito acima para usina termelétrica convencional, porém a transformação da
água em vapor é feita com o reaproveitamento do calor dos gases de escape da
turbina a gás, na caldeira de recuperação de calor (FURNAS, 2014).
Figura 1 - Esquema usina termelétrica / Fonte: Furnas
6
Tabela 1 - Usinas termelétricas por tipo / Fonte: Informações Gerenciais ANEEL 2º/2014
USINAS TERMELÉTRICAS - 2014
% Potência Instalada (kW) Quantidade
GÁS 38,0 14059251 149PETRÓLEO 20,8 7655567 1204CARVÃO 9,2 3389465 13
OUTROSBIOMASSA 31,4 11610928 482ENXOFRE 0,2 59688 5
EFLUENTE GASOSO 0,4 162100 2TOTAL = 32,0 11832716 489
38%
21%
9%
32%
USINAS TERMELÉTRICAS - 2014Potência Instalada
GÁSPETRÓLEOCARVÃOOUTROS
Figura 2 - Usinas termelétricas por potência instalada / Fonte: Relatório Gerencial ANEEL 2º/2014
7
8%
65%
1%
26%
USINAS TERMELÉTRICAS - 2014Quantitativo
GÁSPETRÓLEOCARVÃOOUTROS
Figura 3 - Usinas termelétricas por quantidade / Fonte: Relatório Gerencial ANEEL 2º/2014
4.1.1.1. Petróleo
O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que tem origem na
decomposição de matéria orgânica, principalmente o plâncton (plantas e animais em
suspensão nas águas), causada por bactérias em meios com baixo teor de oxigênio
(ANEEL, 2002).
Ao longo de milhões de anos, essa decomposição se acumulou no fundo de
mares, lagos e oceanos e sofrendo altas pressões oriundas do movimento da crosta
terrestre, o que impôs altas temperaturas ao substrato. O resultado deste processo
longo é a substância oleosa que denominamos petróleo (ANEEL, 2002).
Essa substância é encontrada em bacias sedimentares específicas, formadas
por camadas ou lençóis de areia, arenitos ou calcários, pois todos esses materiais
são muito porosos (ANEEL, 2002).
A exploração de campos e a perfuração de poços de petróleo só se iniciou em
meados do século XIX e a partir disso a indústria petrolífera teve grande
proliferação, principalmente na Europa e nos Estados Unidos.
8
Nessa época, havia grande concorrência com o carvão e outros combustíveis
considerados nobres, mas com a invenção dos motores à gasolina e diesel, o
petróleo ganhou projeção no cenário mundial.
No Brasil, há esforços governamentais para promover a substituição de diesel
por biodiesel, mas o custo dos óleos vegetais (que constituem 60% do custo de
produção do biodiesel) é uma importante barreira à consecução desse objetivo.
Os derivados de petróleo constituem parcela importante da geração de
energia, em especial no setor de transportes. O refino de petróleo produz uma séria
de insumos para a indústria química e petroquímica, e diversos combustíveis
líquidos: diesel, GLP, gasolina, querosene, óleo combustível e nafta (Figura 4).
Figura 4 - Esquema representativo do refino de petróleo / Fonte: site da web [http://vagasoffshorebrasil.blogspot.com.br]/2014
Do ponto de vista ambiental, a participação do petróleo na geração de
energia, seja para eletricidade ou para uso veicular, é uma das principais
responsáveis pelo efeito estufa, pela emissão de CO2 de origem fóssil, constituindo
um impacto global que causa grande preocupação internacional (MMA, 2014).
A substituição de combustíveis fósseis e reduções comprovadas de CO2 e de
outros gases de efeito estufa permitem a obtenção de créditos de carbono pelo
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) no âmbito do Protocolo de Kyoto
(MMA, 2014).9
4.1.1.2. Carvão Mineral
O Carvão Mineral é uma complexa e variada mistura de componentes
orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos.
O teor de carbono é o que determina a sua qualidade, que varia dependendo
dos componentes orgânicos pelos quais foi formado e pelo estágio de formação.
A turfa, de baixo teor de carbono, constitui um dos primeiros estágios do
carvão com teor de carbono na faixa de 45%. O linhito apresenta índice variando de
60% a 75% e o carvão betuminoso, ou hulha, que é mais utilizado como
combustível, é composto por teores compreendidos entre 75% e 85%. O mais puro
dos carvões, o antracito, apresenta conteúdo carbonífero superior a 90% (Figura 5)
(ANEEL, 2002).
Figura 5 - Diferentes tipos de carvão mineral / Fonte: site da web [http:// http://hulha-eteot.blogspot.com.br]/2014
Apesar dos graves impactos ao meio ambiente, o carvão é considerado a
maior fonte de energia para uso local e as principais razões são:
1. Abundância de reservas;
10
2. Distribuição geográfica das reservas;
3. Baixos custos e estabilidade nos preços, comparados a outros
combustíveis.
O carvão é uma das principais fontes de energia utilizadas pela Humanidade,
em especial na Europa, a partir da Primeira Revolução Industrial. Atualmente, com o
aumento do custo do petróleo, há uma tendência mundial ao aumento do consumo
de carvão, tendo em vista as extensas reservas mundiais (MMA, 2014).
No Brasil, as principais reservas de carvão estão na região Sul. As reservas
medidas são de 1,4 bilhões de toneladas em Santa Catarina (SC) e de 5,3 bilhões de
toneladas no Rio Grande do Sul (RS) (Figura 6) (MMA, 2014).
Figura 6 - Mina Candiota-RS / Fonte: Conselho de Desenvolvimento Econômico Social / 2014
O principal problema ambiental associado ao uso de carvão é o fato de este
ser um recurso de origem fóssil, não-renovável. A queima desse combustível, como
a de todos os derivados de carbono, gera CO2 (gás carbônico), o principal gás de
efeito estufa, responsável pelo aquecimento e por mudanças climáticas em escala
global (MMA, 2014).
11
Quando o derivado de carbono (C) é fóssil, como no caso do carvão, petróleo,
xisto e gás natural, são lançadas à atmosfera quantidades de C que estavam
imobilizadas, contribuindo para aumentar o inventário de CO2 no meio ambiente. A
vida média do CO2 na atmosfera é de cerca de cem anos (MMA, 2014).
Como o carvão contém teores expressivos de enxofre, a sua queima provoca
ainda o lançamento na atmosfera de dióxido de enxofre, um dos responsáveis pela
chuva ácida, com graves problemas de poluição do meio ambiente.
4.1.1.3. Gás Natural
O Gás Natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos oriundas da
decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos.
A composição do gás natural, em seu estado bruto, é predominantemente de
metano, com porções variadas de etano, propano, hidrocarbonetos mais pesados e
também CO2, N2, H2S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas.
Algumas das principais propriedades do gás natural são a sua densidade em
relação ao ar, o poder calorífico e os teores de carbono. Mas é importantíssimo citar
que, comparado com outros combustíveis fósseis, o gás natural possui baixos
índices de emissão de poluentes. Possui também uma rápida dispersão em caso de
vazamentos, baixos índices de odor e contaminantes. Ainda comparando com outros
combustíveis fósseis, o gás natural apresenta maior flexibilidade, tanto em termos de
transporte como de aproveitamento (ANEEL, 2000).
Além de insumo básico da indústria gasoquímica, o gás natural tem-se
mostrado cada vez mais competitivo em relação a vários outros combustíveis, tanto
no setor industrial como no de transporte e na geração de energia elétrica através
das usinas termelétricas a gás natural (ANEEL, 2002).
Neste último caso, a entrada do gás natural na matriz energética nacional,
impulsionada pela necessidade de se expandir o parque gerador, tem despertado o
interesse de ampliar o uso do gás natural na geração termelétrica. A Figura 7
12
compara a extração de gás natural anual brasileira com o resto do mundo através de
escala de cores.
Figura 7 - Extração de Gás Natural em m³/ano / Fonte: site da web [http://wikipedia.org/wiki/Gás_natural]/2014
A utilização do gás natural como insumo energético apresenta algumas
vantagens ambientais se comparada com outras fontes fósseis (carvão mineral e
derivados de petróleo) de energia. Entre eles pode-se citar:
1. Baixa presença de contaminantes;
2. Combustão mais limpa, que melhora a qualidade do ar, pois substitui
formas de energias poluidoras como carvão, lenha e óleo combustível,
contribuindo também para a redução do desmatamento;
3. Menor contribuição de emissões de CO2 por unidade de energia gerada
(cerca de 20 a 23% menos do que o óleo combustível e 40 a 50% menos
que os combustíveis sólidos como o carvão);
4. Pequena exigência de tratamento dos gases de combustão;
5. Maior facilidade de transporte e manuseio, o que contribui para a redução
do tráfego de caminhões que transportam outros tipos de combustíveis;
6. Não requer estocagem, eliminando os riscos do armazenamento de
combustíveis;
13
7. Maior segurança; por ser mais leve do que o ar, o gás se dissipa
rapidamente pela atmosfera em caso de vazamento;
8. Contribuição para a diminuição da poluição urbana quando usado em
veículos automotivos, uma vez que reduz a emissão de óxido de enxofre,
de fuligem e de materiais particulados, todos presentes no óleo diesel.
O gás natural pode ser classificado em duas categorias: associado (GA) e
não-associado (GNA). O gás associado é aquele que, no reservatório, se encontra
dissolvido no petróleo ou sob a forma de uma capa de gás. Neste caso,
normalmente privilegia-se a produção inicial do óleo, utilizando-se o gás para manter
a pressão do reservatório. O gás não-associado é aquele que está livre do óleo e da
água no reservatório (Figura 8).
Figura 8 - Extração do gás natural /Fonte: Bahiagás / 2014
O gás natural produzido no Brasil é predominantemente de origem associada
ao petróleo (73%) e se destina a outros mercados de consumo que não somente a
geração de energia termelétrica.
Além disso, uma vez produzido, o gás natural se distribui entre diversos
setores de consumo, com fins energéticos e não-energéticos: utilizado como
matéria-prima nas indústrias petroquímica (plásticos, tintas, fibras sintéticas e
14
borracha) e de fertilizantes (ureia, amônia e seus derivados), comércio, serviços,
domicílios etc., nos mais variados usos.
4.1.2. Energia Nuclear
A energia nuclear ou nucleoelétrica é proveniente da fissão do urânio em
reator nuclear. Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de
funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, onde o calor gerado
pela queima de um combustível produz vapor, que aciona uma turbina, acoplada a
um gerador de corrente elétrica.
Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no reator, cujo
sistema mais empregado (PWR – Pressurized Water Reactor) é constituído de três
circuitos, a saber: primário, secundário e de refrigeração.
No primeiro, a água é aquecida a uma temperatura de aproximadamente
320ºC, sob uma pressão de 157 atmosferas. Em seguida, essa água passa por
tubulações e vai até o gerador de vapor, onde vaporiza a água do circuito
secundário, sem que haja contato físico entre os dois circuitos. O vapor gerado
aciona uma turbina, que movimenta o gerador e produz corrente elétrica (Figura 9)
(Eletronuclear, 2001).
Figura 9 - Esquema de geração de energia nuclear / Fonte: ANEEL, 2002
15
A energia nuclear no Brasil representava, em 2005, 2,7% da oferta de energia
elétrica. O Plano Nacional de Energia (PNE 2030) prevê uma expansão da
participação dessa fonte na matriz energética brasileira, devendo atingir 4,9% até
2030, com o término da construção de Angra III na mesma região onde operam as
usinas de Angra I e Angra II (MMA, 2014).
O custo da implantação de uma usina nuclear é bastante elevado, mas o de
sua operação é baixo, em função do menor custo de combustível em relação a
fontes convencionais (MMA, 2014).
Os impactos ambientais da exploração nuclear se distribuem pelas diversas
fases da atividade: mineração, beneficiamento, enriquecimento (produção de UF6),
reconversão e produção de pastilhas de UO2, geração de energia, transporte e
embarque de produtos intermediários, reprocessamento e disposição final dos
resíduos (MMA, 2014).
Os principais riscos estão associados às emissões de radionuclídeos, como
isótopos de xenônio e criptônio, que podem afetar todas as formas de vida, além de
aquíferos, solos e atmosfera. Uma das questões mais polêmicas em torno da
energia nuclear é a da disposição final dos resíduos, pois não existem, até o
presente, depósitos definitivos para esses materiais, que estão sendo estocados
provisoriamente em piscinas no interior das próprias usinas. Pesquisas em curso
pretendem esgotar a radioatividade desses resíduos, reciclando-os, com aumento
da geração de energia e consequente desativação dos mesmos (MMA, 2014).
Como a atividade nuclear não se baseia em uma fonte de carbono, não
produz diretamente emissões de CO2, exceto nas atividades secundárias (motores,
equipamentos, transporte, etc), o que resulta em uma menor geração de gases de
efeito estufa (MMA, 2014).
De acordo com o relatório “Energy, Electricity and Nuclear Power estimates
for the Period up to 2050”, publicado pela AIEA (Agência Internacional de Energia
Atômica) em agosto de 2013, os reatores nucleares foram responsáveis por 12,3%
da produção de energia elétrica no mundo. Isso coloca a energia nuclear como a
16
quarta maior fonte, atrás do carvão, dos combustíveis líquidos e do gás natural
(ELETRONUCLEAR, 2014).
Conforme dados da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), em
abril de 2014 existiam em operação 435 reatores comerciais em 30 países, nos
quais vivem ⅔ da população mundial. Entre os maiores parques geradores,
destacam-se os Estados Unidos, com 100 unidades, a França, com 58 reatores, e o
Japão, com 48 (Tabela 2) (ELETRONUCLEAR, 2014).
Tabela 2 - Participação mundial na geração de energia nuclear / Fonte: ELETRONUCLEAR, 2014
17
As fontes de urânio já identificadas são suficientes para suprir de 60 a 100
anos de operação das usinas existentes no mundo e ainda os cenários de maior
expansão previstos até 2035 pela AIEA. A produção mundial tem aumentado, com o
Cazaquistão sendo um dos maiores produtores.
4.2. Renováveis
4.2.1. Hidrelétrica
O uso da energia hidráulica foi uma das primeiras formas de substituição do
trabalho animal pelo mecânico, particularmente para bombeamento de água e
moagem de grãos. Entre as características energéticas mais importantes, destacam-
se as seguintes: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e,
principalmente, seu caráter renovável.
A água vem sendo empregada para a produção de eletricidade há mais de
um século. Atualmente, cerca de um quinto da eletricidade mundial é produzida por
energia hidrelétrica. No Brasil, a participação é ainda mais expressiva: a
hidroeletricidade representa 63,1% do total de energia gerada (ANEEL, 2014).
A produção de energia nas usinas hidrelétricas ocorre a partir da queda
d'água, que gira as turbinas e aciona o eixo gerador de eletricidade. A energia
primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional da água contida
numa represa elevada. Antes de se tornar energia elétrica, a energia primária deve
ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa
transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de pás,
que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento
dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da
turbina em energia elétrica.
O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela
concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio. Isto pode se dar
de forma natural, quando o desnível está concentrado numa cachoeira; através de
18
uma barragem, quando pequenos desníveis são concentrados na altura da
barragem; ou através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se os
pequenos desníveis nesse desvio.
Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes
(Figura 10):
1) Barragem;
2) Sistemas de captação e adução de água;
3) Casa de força;
4) Sistema de restituição de água ao leito natural do rio.
Figura 10 - Esquema sobre Usinas Hidrelétricas / Fonte: FURNAS, 2014
Existem dois tipos de reservatórios: acumulação e fio d’água. Os primeiros,
geralmente localizados na cabeceira dos rios, em locais de altas quedas d’água,
dado o seu grande porte permitem o acúmulo de grande quantidade de água e
19
funcionam como estoques a serem utilizados em períodos de estiagem. Além disso,
como estão localizados a montante das demais hidrelétricas, regulam a vazão da
água que irá fluir para elas, de forma a permitir a operação integrada do conjunto de
usinas (Figura 11). As unidades a fio d’água geram energia com o fluxo de água do
rio, ou seja, pela vazão com mínimo ou nenhum acúmulo do recurso hídrico (Figura
12).
Figura 11 - Usina Hidrelétrica por acumulação / Fonte: IPCC, 2012
Figura 12 - Usina Hidrelétrica a fio d'água / Fonte: IPCC, 2012
20
As usinas podem ter portes variados, dependendo da capacidade de
aproveitamento da vazão e queda d'água do rio no qual forem instaladas. A potência
instalada determina se a usina é de grande ou médio porte ou uma Pequena Central
Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três
classificações: Centrais Geradoras Hidrelétricas (com até 1 MW de potência
instalada), Pequenas Centrais Hidrelétricas (entre 1,1 MW e 30 MW de potência
instalada) e Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW).
O custo de implantação de uma hidrelétrica varia entre 2.500 R$/kW (usinas
com capacidade acima de 500 MW) e 5.000 R$/kW (PCHs). Em grande parte, os
investimentos são financiados com capital de terceiros a longo prazo, de forma que
o serviço da dívida possa ser pago com a geração de caixa do próprio
empreendimento. Os altos volumes de investimento inicial, entretanto, são
compensados por altas margens EBITDA (NEOENERGIA, 2014).
O potencial hidrelétrico brasileiro é estimado em cerca de 247 GW, do quais
39% estão localizados na Bacia Hidrográfica do Amazonas. Entre as demais bacias,
destacam-se a do Paraná, com 25% desse potencial, a do Tocantins (11%) e a do
São Francisco (9%). As bacias do Uruguai e do Atlântico Leste representam cerca
de 5% e 6% respectivamente e as demais (Atlântico Sudeste e Atlântico
Norte/Nordeste) somam juntas apenas 5% do referido potencial (Tabela 3 e
Figura13).
Tabela 3 - Potencial Hidrelétrico Brasileiro por Bacia em MW / Fonte: Eletrobrás, Julho/2014
Potencial Hidrelétrico Brasileiro por Bacia (MW) - Julho/2014 - Eletrobrás
BACIA HIDROGRÁFICA POTENCIAL (MW)Atlântico Leste 14007,04
Atlântico Norte/Nordeste 2939,80Atlântico Sudeste 10091,63
Rio Amazonas 96169,87Rio Paraná 62656,58
Rio São Francisco 22585,27Rio Tocantins 26537,33Rio Uruguai 11572,65
21
6%1%
4%
39%
25%
9%
11%
5%
Potencial Hidrelétrico Brasileiro por Bacia (MW) - Julho/2014 -
Eletrobrás
Atlântico Leste
Atlântico Norte/Nordeste
Atlântico Sudeste
Rio Amazonas
Rio Paraná
Rio São Francisco
Rio Tocantins
Rio Uruguai
Figura 13 - Potencial Hidrelétrico Brasileiro por bacia (MW) / Fonte: Eletrobrás, Julho/2014
4.2.2. Eólica
Energia eólica é a energia cinética contida nas massas de ar em movimento
(vento) provocada pela diferença de pressão atmosférica entre duas regiões
distintas e é influenciado por efeitos locais como a orografia e a rugosidade do solo.
Essas diferenças de pressão têm origem térmica, estando diretamente relacionadas
com a radiação solar e os processos de aquecimento das massas de ar (ANEEL,
2002).
Os ventos são muito influenciados pela superfície terrestre até altitudes de
100 metros. O vento é travado pela rugosidade da superfície da terra e pelos
obstáculos. A direção perto da superfície é ligeiramente diferente das dos ventos
geostróficos, devido à rotação da Terra.
22
Para que a energia eólica seja considerada tecnicamente aproveitável, é
necessário que sua densidade seja maior ou igual a 500 W/m2, a uma altura de 50
metros, o que requer uma velocidade mínima do vento de 7 a 8 m/s (GRUBB;
MEYER, 1993). Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, o vento
apresenta velocidade média igual ou superior a 7 m/s, a uma altura de 50 m, em
apenas 13% da superfície terrestre. Essa proporção varia muito entre regiões e
continentes, chegando a 32% na Europa Ocidental.
A figura 14 demonstra a variação da velocidade do vento quando passa do
oceano, que é muito menos rugoso, para a superfície terrestre, onde a turbulência
aumenta, e a velocidade do vento próximo ao solo diminui. Forma-se uma camada-
limite interna entre o vento turbulento e o laminar. O perfil do vento se altera, sendo
mais vertical sobre o mar e mais inclinado sobre a floresta, que tem rugosidade
maior.
Figura 14 - Esquema Velocidade do Vento x Altura / Fonte: Eletrobrás – Atlas Eólico de Alagoas/2008
A geração eólica ocorre pelo contato do vento com as pás do cata-vento,
elementos integrantes da usina, e com isso seu aproveitamento se dá através da
conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o
emprego de turbinas eólicas, também denominadas aerogeradores, para a geração
23
de energia elétrica, ou através de cataventos e moinhos para trabalhos mecânicos,
como bombeamento de água (ANEEL, 2002).
Ao girar, essas pás dão origem à energia mecânica que aciona o rotor do
aerogerador, que produz a eletricidade. A quantidade de energia mecânica
transferida – e, portanto, o potencial de energia elétrica a ser produzida – está
diretamente relacionada à densidade do ar, à área coberta pela rotação das pás e à
velocidade do vento.
Os parques eólicos podem ser localizados em terra (onshore) ou no mar
(offshore). Cada local apresenta características e comportamento diferentes,
portanto turbinas diferenciadas podem aproveitar o máximo do potencial energético
de cada sítio.
As torres eólicas podem ser instaladas em áreas costeiras com maior
abundância de ventos ou distantes do litoral (Figura 15). As eólicas offshore geram
até mais energia do que os parques instalados em terra e os mais recentes
desenvolvimentos tecnológicos focam tal potencial. Na Europa, as eólicas offshore já
representam cerca de 10% do mercado de energia eólica (EWEA, 2012). Além de
captar ventos mais fortes, países ou regiões com baixo potencial eólico onshore ou
com limitações do uso da terra se beneficiam dessa categoria de torres
(GREENPEACE, 2013).
Figura 15 - Parque eólico offshore e Onshore / Fonte: site da web [http://eco4u.wordpress.com]/2013
24
A evolução da tecnologia permitiu o desenvolvimento de equipamentos mais
potentes. Em 1985, por exemplo, o diâmetro das turbinas era de 20 metros, o que
acarretava uma potência média de 50 kW (quilowatts). Hoje, esses diâmetros
chegam a superar 100 metros, o que permite a obtenção, em uma única turbina, de
5 mil kW. Além disso a altura das torres, inicialmente de 10 metros
aproximadamente, hoje supera os 120 metros (ELETROBRÁS).
No Brasil, a primeira turbina eólica foi instalada no Arquipélago de Fernando
de Noronha em 1992, e possuía gerador com potência de 75 kW, rotor de 17 metros
de diâmetro e torre de 23 metros de altura (ELETROBRÁS).
O crescimento do tamanho das turbinas tem sido acompanhado pela
expansão de mercados e fabricantes (Figura 16). O mercado chinês é atualmente o
maior, mas aumentos expressivos são vistos nos Estados Unidos e na Europa
(GREENPEACE, 2013).
Figura 16 - Progressão das dimensões das torres e projeção para o futuro / Fonte: Greenpeace/2013
25
Alguns dos grandes argumentos favoráveis à fonte eólica são, além da
renovabilidade, da perenidade, da grande disponibilidade, da independência de
importações e do custo zero para obtenção de suprimento (ao contrário do que
ocorre com as fontes fósseis), a não geração de CO2 ou qualquer outro poluente
atmosférico.
Segundo a ABEEólica, a geração eólica produzida nos permite criar alguns
índices de benefícios trazidos pela fonte. Um deles é a emissão de CO2 evitada
através do uso da fonte (Figura 17).
Figura 17 - Emissões de CO2 evitadas pela geração eólica / Fonte: ABEEólica 2014
26
4.2.3. Solar
O sol é fonte de energia renovável e o aproveitamento desta energia, tanto
como fonte de calor quanto de luz, é uma das alternativas energéticas mais
promissoras para que seja possível enfrentar os desafios ambientais que aparecem
a cada instante.
O Sol é capaz de irradiar anualmente o equivalente a 10.000 vezes a
energia consumida pela população mundial neste mesmo período. A Terra recebe
mais de 1.500 quatrilhões (1,5×1018) de quilowatts-hora de potência por ano.
Uma vez que parte da energia inicial é refletida ou absorvida pela atmosfera,
num dia de céu claro é possível medir junto a superfície terrestre num plano
perpendicular, cerca de 1.000 W/m2 (Figura 18).
Figura 18 - Esquema representativo da incidência da radiação solar na atmosfera terrestre / Fonte:site da web [http://co2now.org]/2007
Esta energia chega ao nosso planeta em forma de raios solares, que além
de trazerem a luz e o calor essencial para a vida na Terra, podem ser aproveitados
27
para a geração de eletricidade. Isto é possível através de uma tecnologia chamada
fotovoltaica, ou seja, luz transformada em eletricidade.
A energia solar apresenta três grandes modalidades: energia solar
fotovoltaica, CSP (energia solar concentrada, da sigla em inglês) e energia solar
para aquecimento de água.
4.2.3.1. Energia Solar Fotovoltáica
O termo ‘Fotovoltaica’ é o casamento das palavras “Foto”, que tem sua raiz
na língua grega e significa “luz”, e “Voltaica”, que vem de ‘volt’ que é a unidade para
medir o potencial elétrico.
A energia solar fotovoltaica é produzida por painéis fotovoltaicos instalados
no topo de casas e edifícios, que captam a luz solar e transformam a radiação em
eletricidade. O painel é constituído por um conjunto de módulos e baterias
recarregáveis associados a inversores e controladores de carga (Figura 19)
(Greenpeace, 2013).
Figura 19 - Efeito Fotovoltáico / Fonte: Greenpeace/2013
28
Os painéis também podem ser conectados à rede elétrica, basta transformar
a energia solar gerada em corrente contínua, em corrente alternada por um conjunto
de inversores de frequência. Fazendo isto, a geração tem as mesmas características
da energia disponível na rede comercial e com isso, dispensa-se o uso de baterias.
Um sistema de capacidade de 2 kWp – ou a potência máxima do sistema em
condições-padrão – é suficiente para abastecer uma residência com consumo médio
(Greenpeace, 2013).
A capacidade mundial instalada de energia solar fotovoltaicos superou os 100
mil MW em 2012, o que representa quatro vezes a quantidade de painéis operantes
em 2009, se tornando assim a fonte renovável que mais atraiu investimentos em
2012 (Greenpeace, 2013).
Como consequência desse avanço, as células fotovoltaicas têm registrado
uma considerável queda de preço que reduz em aproximadamente 20% do preço a
cada duplicação da capacidade instalada (Greenpeace, 2013).
Nesse passo, o panorama para os próximos dez anos aponta para que as
células fotovoltaicas se tornem competitivas em relação aos preços médios de
tarifas elétricas praticadas atualmente.
4.2.3.2. Energia Solar Concentrada (CSP)
A Energia Solar Concentrada consiste na produção de eletricidade de modo
similar às termelétricas. A diferença é que a energia é obtida pela concentração de
radiação solar e convertida em vapor ou gás em alta temperatura para impulsionar
uma turbina ou motor. Grandes espelhos ou calhas parabólicas concentram a luz
solar em uma única linha ou ponto, denominada foco (Figura 20) (Greenpeace,
2013).
29
Figura 20 - Tipos de usina solar concentrada / Fonte: Greenpeace, 2013
Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas
bastante elevadas e índices de eficiência que variam de 14% a 22% de
aproveitamento da energia solar incidente (ANEEL, 2008).
O calor produzido se converte em vapor quente em alta pressão, que
movimenta turbinas que geram eletricidade. Em regiões de sol intenso, usinas
heliotérmicas podem garantir grande produção de eletricidade. Os maiores exemplos
de projetos estão na Espanha e nos Estados Unidos (Greenpeace, 2013).
Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena área
exige algum dispositivo de orientação, acarretando custos adicionais ao sistema, os
quais tendem a ser minimizados em sistemas de grande porte (MMA, 2014).
4.2.3.3. Aquecimento Solar
Um dos sistemas mais acessíveis é o de aquecedores solares, composto de
placas que aquecem a água em um reservatório térmico, no qual ela é armazenada
para consumo posterior (Greenpeace, 2013). O uso dessa tecnologia ocorre
predominantemente no setor residencial, mas há demanda significativa e aplicações
30
em outros setores, como edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes,
hotéis e similares (Figura 21) (ANEEL, 2002).
O coletor é instalado normalmente no teto das residências e edificações e,
por isso, é também conhecido como teto solar. Devido à baixa densidade da energia
solar que incide sobre a superfície terrestre, o atendimento de uma única residência
pode requerer a instalação de vários metros quadrados de coletores. Para o
suprimento de água quente de uma residência típica (três ou quatro moradores), são
necessários cerca de 4 m2 de coletor (ANEEL, 2002).
Figura 21 - Esquema de aquecimento solar / Fonte: site da web [http://cotidiano-sustentavel.webnode.com]/2014
Essa aplicação é incluída entre medidas de eficiência energética, uma vez
que os coletores solares não produzem eletricidade, mas dispensam o uso de
chuveiros elétricos para o aquecimento de água, contribuindo, dessa forma, para a
redução da demanda de energia no horário de pico.
As tecnologias no mercado já são eficientes e confiáveis, fornecendo energia
para uma ampla gama de aplicações em edifícios residenciais e comerciais,
31
aquecimento de piscinas, produção de calor de processo em indústrias, resfriamento
de ambientes e dessalinização de água potável (Greenpeace, 2013).
A significativa economia energética e econômica (que chega a atingir em
alguns casos mais de 80%) se choca com o elevado investimento inicial na
instalação solar, e este fato se apresenta, por vezes, como o maior entrave ao
desenvolvimento desta solução.
4.2.4. Biomassa
Do ponto de vista energético, biomassa é toda matéria orgânica (de origem
animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Atualmente, a
biomassa vem sendo bastante utilizada na geração de eletricidade, principalmente
em sistemas de cogeração e no fornecimento de energia elétrica para demandas
isoladas da rede elétrica (Revista Ciência e Cultura, 2008).
Destaca-se que a renovação da biomassa ocorre através do ciclo do
carbono, sendo que a decomposição ou a queima de matéria orgânica ou seus
derivados provoca a liberação de CO2 na atmosfera. As plantas, através da
fotossíntese, transformam o CO2 e água em hidratos de carbono, liberando oxigênio
(Figura 22).
Figura 22 - Equação química da fotossíntese / Fonte: site da web [http://www.enemvirtual.com.br]/2011
Dessa forma, o uso adequado da biomassa não altera a composição média
da atmosfera ao longo do tempo. Desde que a biomassa seja regenerada e 32
recolhida para utilização o ciclo pode ser mantido em equilibro indefinidamente. Uma
gestão sustentável das florestas e pastos é imprescindível para que o ciclo do
carbono não seja alterado (Figura 23).
Figura 23 - Esquema representativo do ciclo do carbono / Fonte: site da web [http://www.energiasrenovaveis.com]/2009
Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é
uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia
química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres
vivos (ANNEL, 2002).
Os tipos de biomassa são divididos em três categorias: biomassa sólida,
biomassa líquida e biomassa gasosa.
A biomassa sólida tem como fonte os produtos e resíduos da agricultura
(incluindo substâncias vegetais e animais), os resíduos da floresta e das indústrias
conexas e a fração biodegradável dos resíduos industriais e urbanos.
33
No Brasil, entre as biomassas de cultivos agrícolas, o bagaço e a palha de
cana (Figura 24) são consideradas algumas das mais importantes no contexto da
agricultura brasileira. No entanto, podemos citar outros resíduos tais como a casca
de arroz, cascas de castanhas, coco da bahia, coco de babaçu e dendê, cascas de
laranjas, etc (MMA, 2014).
Figura 24 - Biomassa Sólida / Fonte: site da web [http://celuloseonline.com.br]/2014
Existem várias fontes de biocombustíveis líquidos com potencial de
utilização tecnicamente equivalentes aos combustíveis fósseis, que podem realizar
as tarefas de mobilidade, como o biodiesel, etanol da fermentação alcoólica e o
metanol da biomassa da celulose de lenhina (Portal Energias Renováveis, 2009).
Tendo em conta que as emissões de CO2 dos biocombustíveis líquidos são
neutras para o aumento do efeito de estufa (devido ao efeito do ciclo do carbono, e
consequentemente pela captação de CO2 atmosférico para a fotossíntese, que dá
continuidade à produção de biomassa e fixação de CO2), a utilização de
biocombustíveis tem um menor impacto ambiental quando comparado com os
combustíveis fósseis (Portal Energias Renováveis, 2009).
No entanto, menores níveis de produtividade na sua produção e de
eficiência na combustão e/ou a utilização de espécies para fins alimentícios origina
alguns problemas, principalmente nos biocombustíveis da chamada primeira
geração (Portal Energias Renováveis, 2009).
34
Os biocombustíveis conhecidos como de primeira geração são fabricados a
partir de matérias vegetais produzidas pela agricultura (beterraba, trigo, milho, colza,
girassol, cana-de-açúcar) que entram em concorrência com culturas alimentícias
(Figura 25) (Portal Energias Renováveis, 2009).
Os biocombustíveis de segunda geração têm origem na celulose e de outras
fibras vegetais presentes na madeira ou nas partes não comestíveis dos vegetais.
As microalgas ou a exploração biológica dos resíduos constituem outras áreas de
desenvolvimento dos biocombustíveis (Portal Energias Renováveis, 2009).
Figura 25 - Matéria prima para biocombustíveis de primeira geração / Fonte: site da web [http://estacao-bio.blogspot.com]/2012
Os biocombustíveis gasosos têm origem nos efluentes agropecuários, da
agroindústria (Figura 26) e urbanos (lamas das estações de tratamento dos
35
efluentes domésticos) e ainda nos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos)
(Figura 27).
Estes resultam da degradação biológica anaeróbia da matéria orgânica
contida nos resíduos anteriormente referidos e é constituído essencialmente por
Metano (CH4). Também podem ser obtidos pela conversão termoquímica da
biomassa sólida em processos de gaseificação (Portal Energias Renováveis, 2009).
Figura 26 - Esquema da geração de biogás e fertilizantes (cogeração) / Fonte: site da web [http://www.redagricola.com/2012
Figura 27 - Processo de geração de energia a partir do biogás de aterros sanitários / Fonte: site da web [http://sustentareambiental.com]/2014
36
Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência
reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, através da combustão em
fornos, caldeiras, etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos
socioambientais, tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão
eficiente, como a gaseificação e a pirólise, também sendo comum a cogeração em
sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética (ANEEL, 2002).
A tabela 4 apresenta a composição da biomassa brasileira, que é composta
em sua maioria de bagaço de cana de açúcar, seguido de licoer negro e resíduos de
madeira. O Biogás aparece com apenas 0,2% da produção total. As figuras 28 e 29
representam graficamente estes valores.
Tabela 4 - Biomassa brasileira - matéria prima e potência instalada / Fonte: ANEEL/2014
BIOMASSA - 2014% Potência Instalada
(kW) Quantidade
BAGAÇO DE CANA DE AÇÚCAR 25,4 9390071 378LICOER NEGRO 4,5 1657582 17
RESÍDUOS DE MADEIRA 1,0 370935 46
OUTROS
BIOGÁS 0,2 84857 23CAPIM ELEFANTE 0,1 31700 2CARVÃO VEGETAL 0,1 35000 5CASCA DE ARROZ 0,1 36433 9ÓLEO DE PALMISTE 0,0 4350 2
SOMA = 0,5 192340 41
37
81%
14%
3% 2%
BIOMASSA - 2014Potência Instalada
BAGAÇO DE CANA DE AÇÚCARLICOER NEGRORESÍDUOS DE MADEIRAOUTROS
Figura 28 - Biomassa x potência instalada em 2014 / Fonte: ANEEL/2014
78%
4%
10%
9%
BIOMASSA - 2014Quantitativo
BAGAÇO DE CANA DE AÇÚCARLICOER NEGRORESÍDUOS DE MADEIRAOUTROS
Figura 29 - Biomassa x quantitativo em 2014 / Fonte: ANEEL/2014
4.2.5. Energia Oceânica
38
Esse tipo de geração de energia é feito por meio de uma estrutura que
interage com o movimento do mar, convertendo a energia em eletricidade por meio
de sistemas hidráulicos, mecânicos ou pneumáticos. Essa estrutura, ancorada ou
fundada diretamente no fundo do mar ou no litoral, transmite a energia por um cabo
elétrico, flexível e submerso, levado até a costa por uma tubulação submarina
(GREENPEACE, 2014).
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 (Portal Energias Renováveis, 2014).
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 (Portal Energias Renováveis, 2014) (Figura 30).
Figura 30 - Maturidade das tecnologias de aproveitamento de energia oceânica / Fonte: COPPE/UFRJ
4.2.5.1. Maremotriz
39
O fenômeno das marés resulta da influência gravitacional exercida tanto pelo
Sol quanto pela Lua na Terra. Em decorrência da posição do nosso planeta em
relação à estrela e ao satélite há uma alternância entre maré alta e baixa. Sendo
este ciclo altamente previsível e conhecido, o que é muito desejável a fim de se
saber quando esta fonte estará disponível para geração de energia.
Embora tenha um grande potencial de geração de energia, a geração
maremotriz pode ser instalada em alguns poucos lugares, onde condições
específicas do litoral também influenciam as marés, como forma da costa e o leito
marinho, assim como a existência de baías e estuários (TAVARES, 2005).
A energia maremotriz é uma forma de produção de energia proveniente da
movimentação das águas dos oceanos, por meio 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 obtida a partir
de turbinas; e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa,
se utilizando de barragens (MMA, 2014).
O sistema de maremotriz é aquele que aproveita o movimento regular de
fluxo do nível do mar (elevação e abaixamento). Funciona de forma semelhante a
uma hidrelétrica: uma barragem é construída, formando-se um reservatório junto ao
mar; quando a maré enche, a água entra e fica armazenada no reservatório, e,
quando baixa, a água sai, movimentando uma turbina diretamente ligada a um
sistema de conversão, gerando assim eletricidade (MMA, 2014).
A primeira usina maremotriz do mundo foi construída em La Rance, na
França, em 1966 (Figura 31). Hoje, essa forma de geração de energia é utilizada
principalmente no Japão, na Inglaterra e no Havaí - mas há usinas maremotrizes em
construção ou em fase de planejamento no Canadá, no México, no Reino Unido, nos
EUA, na Argentina, na Austrália, na Índia, na Coréia e na Rússia (MMA, 2014).
40
Figura 31 - Usina maremotriz de La Rance – França / Fonte: site da web [http://sustentabilidade.allianz.com.br]/2014
Para a implementação desse sistema, é necessária uma situação geográfica
favorável e uma amplitude de maré relativamente grande, que varia de local para
local. O Brasil apresenta condições favoráveis à implementação desse sistema em
locais como o litoral maranhense, em que a amplitude dos níveis das marés chega a
oito metros. Os estados do Pará e do Amapá também apresentam condições
favoráveis (MMA, 2014).
A COOPE/UFRJ está desenvolvendo um protótipo no Rio de Janeiro
bastante moderno. A unidade ficará a cem metros da Ilha Rasa e a 10 km da Praia
de Ipanema, e entrará em funcionamento em setembro de 2015. O projeto custou
R$ 8 milhões e é fruto de uma parceria entre a COPPE/UFRJ, Furnas e a Seahorse
Wave Energy (Jornal O Globo, 28/09/2014).
Este protótipo (Figura 32) possui um pistão fixado no fundo do mar e nele
estarão dois flutuadores, que se movimentam na vertical com o movimento das
ondas, gerando energia que será transportada por um cabo até a ilha. Estima-se que
41
gere 50 Kw, o que é suficiente para abastecer o farol e algumas casas na ilha
(Jornal O Globo, 28/09/2014).
Figura 32 - Esquema representativo do protótipo / Fonte: Site Planeta COPPE/2013
A utilização deste tipo de energia poderá ser uma opção para um futuro bem
próximo, porém devem ser levados em conta, neste tipo de empreendimento, os
possíveis impactos ambientais associados à construção das usinas, além da
necessidade de análise econômica da viabilidade do sistema.
4.2.5.2. Ondas
As ondas do oceano são criadas pela interação do vento na superfície do
mar, sendo o seu tamanho determinado por este (velocidade, período e área de
incidência), pela batimetria do leito oceânico (que concentra ou dispersa a energia
das ondas) e pelas correntes marítimas. A energia das ondas (energia cinética) pode
ser convertida em energia elétrica através de Dispositivos Conversores de Energia
das Ondas ‐ Wave Energy Converter (WEC).
42
Há uma grande variedade de tecnologias de conversão de energia de ondas
sendo desenvolvidas e esta diversidade se deve principalmente à variedade de
princípios tecnológicos empregados e às características do mar para o qual o
dispositivo foi desenvolvido. Como o clima de ondas e a altura de onda média
variam muito ao redor do globo, é pouco provável que os dispositivos convirjam para
uma única forma, apesar de alguns dispositivos poderem ser utilizados em climas de
ondas distintos. Devido a esta grande variedade existem diversas formas de
classificar estes dispositivos, sendo as duas principais: de acordo com a
profundidade da coluna d’água para qual o equipamento foi projetado e de acordo
com o princípio de funcionamento.
4.2.5.2.1. Classificação de acordo com a profundidade da coluna d’água
Os sistemas produtores de energia elétrica de energia das ondas dividem‐se
em 3 grupos:
1. Dispositivos costeiros:
Fixos ou incorporados à costa, tendo como vantagens a facilidade de
instalação e manutenção. Além disso, dispositivos costeiros não requerem fixação
por poitas nem longos cabos elétricos submersos. A maior desvantagem é estarem
sujeitos a um regime de ondas menos intensos, “recebendo” ondas que já perderam
energia até atingir a costa. No entanto, estes dispositivos podem ser instalados em
regiões costeiras onde ocorre a concentração de energia por refração e difração das
ondas devido a características locais, aumentando o potencial apesar das perdas
(Fleming, 2012)
2. Dispositivos próximos à costa:
São instalados em profundidades moderadas (~20 - 25 m) e distâncias de
até ~500 m da costa. Estes dispositivos têm praticamente as mesmas vantagens dos
43
dispositivos costeiros, estando, ao mesmo tempo, exposto a maiores energias de
ondas (Fleming, 2012).
3. Dispositivos offshore:
Expostos a regimes de ondas mais energéticos em águas mais profundas (>
25m). Os projetos mais recentes estão focados em dispositivos pequenos,
modulares e com grande capacidade de geração (Fleming, 2012).
4.2.5.2.2. Classificação de acordo com o princípio de funcionamento
São identificados seis tipos principais de Dispositivos Conversores de
Energia das Ondas (WEC), são eles:
1. Atenuadores
Dispositivos flutuantes alinhados perpendicularmente em relação à frente de
onda, flutuando sobre esta e captando a energia quando estes são atravessados,
efetuando um movimento progressivo ao longo do seu comprimento e as
articulações entre os módulos.
O exemplo mais comum deste tipo de dispositivo e provavelmente de
energia de ondas de uma forma geral, é o Pelamis P2 (PELAMIS, 2012) (Figuras 33
e 34). Trata-se de um conversor de energia de ondas offshore para locais com
profundidades maiores do que 50 m, com 750 kW de potência, 180 m de
comprimento e 4 m de diâmetro. Ele é composto de cinco segmentos cilíndricos e,
consequentemente, 4 juntas, cuja movimentação, tanto vertical quanto horizontal,
bombeia fluído para uma câmara de alta pressão, possibilitando a geração de
eletricidade através de um sistema hidráulico (Fleming, 2012).
44
Figura 33 - Pelamis em funcionamento / Fonte: EMEC.org.uk
Figura 34 - Esquema geral do pelamis e seu funcionamento / Fonte: Site oficial do Pelamis
2. Sistema Oscilante de Simetria Axial (Point Absorber)
Este dispositivo consiste em uma estrutura flutuante que absorve a energia
do movimento de subida e descida das ondas provenientes de todas as direções,
tendo, geralmente, poucos metros de diâmetro e pequenas dimensões se
45
comparado ao comprimento de onda típico. De forma geral eles são assimétricos,
mas não necessariamente (Fleming, 2012).
Um exemplo desta tecnologia é a PowerBuoy (Figura 35), da Ocean Power
Technologies (OPT, 2012), um dispositivo que possui uma parte fixa ao fundo por
diferentes formas de ancoramento e outra que se movimenta livremente com a
movimentação da superfície com a passagem das ondas (Fleming, 2012).
Figura 35 - Visão geral do funcionamento PowerBuoy / Fonte: site da web [http://jagadees.wordpress.com]/2010
3. Conversores Oscilantes de Translação das Ondas (Oscillating Wave
Surge Converters ‐ OWSC)
Se tratam de dispositivos submergidos e fixos ao leito oceânico, contudo
com a parte coletora próximo da superfície, que aproveitam a energia criada por 46
vagas de ondas e o movimento de partículas de água por elas provocadas.
Possuem um braço oscilatório de movimento pendular invertido, conectado a uma
articulação que responde ao movimento da água induzido pela onda (Figura 36).
Figura 36 - Esquema representativo do funcionamento dos Conversores Oscilantes de Translação das Ondas / Fonte: site da web [http://www.connaissancedesenergies.org]/2012
4. Coluna de Água Oscilante (CAO) (Oscillating Water Column ‐ OWC)
Também conhecido como dispositivo de primeira geração (FALCÃO, 2010),
neste dispositivo o ar fica aprisionado em uma câmara com apenas uma abertura
para entrada e saída do ar e em contato com a superfície do mar, pois são
estruturas parcialmente submersas.
Com a movimentação da superfície do mar, e a oscilação da coluna d’água,
promove-se uma compressão e descompressão da coluna de ar contida na câmara.
Esta variação de pressão da coluna de ar faz acionar uma turbina, usualmente de
sentido reversível (Figura 37). Estes dispositivos são habitualmente instalados na
linha de costa, embora existam também dispositivos “CAO” flutuantes.
47
Figura 37 - Figura esquemática de um dispositivo de geração costeiro / Fonte: Fleming/2012
Já o Ocean Energy Buoy (OE Buoy) (Figura 38) é um exemplo de dispositivo
de coluna de água oscilante flutuante. Trata-se de uma plataforma desenvolvida
para resistir às severas condições impostas pelo oceano e suas tempestades,
apresentando apenas uma parte móvel, a turbina, que gira no mesmo sentido tanto
quando o ar é expulso da câmara, quanto quando é aspirado para dentro desta, com
o movimento de subida e descida das ondas.
Figura 38 - Ocean Energy Buoy / Fonte: site da web [http://www.investincornwall.com]/2012
48
5. Dispositivos de Galgamento (Overtopping Device)
Este dispositivo é composto de uma rampa que é galgada pelas ondas e de
um reservatório para armazenar a água trazida pelas ondas, criando uma altura de
coluna d’água que é devolvida ao mar através de turbinas de baixa queda instaladas
no fundo do reservatório. Geralmente estes dispositivos são estruturas de grandes
dimensões para que se tenha um reservatório com uma capacidade mínima de
armazenamento. Eles podem ser flutuantes ou fixos à costa (Figura 39) com o
reservatório em terra (Aquaret, 2012).
Figura 39 - Dispositivo de Galgamento Onshore / Fonte: EMEC/2009
Um exemplo deste tipo de dispositivo é o Wave Dragon, que combina
tecnologias offshore e turbinas hídricas já maduras (WD, 2012). Para melhor
desempenho este dispositivo deve ser instalado em águas com profundidades
maiores do que 25 m, preferencialmente maiores do que 40 m, não sendo fixo ao
fundo. Ele possui flancos para direcionar e aumentar a altura das ondas (Figuras,
40, 41 e 42).
49
Figura 40 - Wave Dragon, dispositivo de galgamento offshore / Fonte: site da web [http://wavepower.ek.la/2014
Figura 41 - Wave Dragon visão superior / Fonte: site da web [http://tpeenergiedelamer.blogspot.com/2014
50
Figura 42 - Wave Dragon visão lateral / Fonte: site da web [http://en.wikipedia.org/2012
6. Dispositivos Submersos de Diferença de Pressão (Submerged
Pressure Differential)
Se tratam de dispositivos submersos, habitualmente instalados perto da
linha de costa e fixos no leito marinho, que funciona com as diferenças de pressão
entre a linha de água e o fundo do oceano.
O movimento das ondas provoca a subida e descida do nível da água acima
do dispositivo, induzindo uma diferença de pressão que provoca a subida e descida
do dispositivo juntamente com as ondas, que corresponde um movimento tipo pistão
de um sistema hidráulico de forma a gerar eletricidade (Figura 43).
Figura 43 - Movimento do tipo pistão do Dispositivos Submersos de Diferença de Pressão / Fonte: AQUARET/2008
51
4.3. Brasil: Panorama atual
O Brasil conta atualmente com uma potência total outorgada de 138.069.330
kW e um total de potência efetivamente instalada de 132.488.865 kW, que provém
de usinas hidrelétricas de todos os portes, usinas termelétricas, usinas nucleares,
centrais geradoras eólicas, centrais geradoras undi-elétricas e centrais geradoras de
energia solar fotovoltaica, totalizando 3.524 unidades em operação efetiva (Tabela
5).
Tabela 5 - Tabela de Potência Instalada por tipos no Brasil / Fonte: ANEEL/2014
Se contarmos com as unidades em construção e aquelas que a construção
nem se iniciou, temos um total de 36.402.575 kW que estarão compondo a matriz
energética nos próximos anos.
Dentre as unidades já em construção, as usinas hidrelétricas ocupam papel
de destaque com pouco mais de 68% da potência outorgada em construção dividida
em 10 unidades. A segunda modalidade de geração energética que mostra força é a
eólica, que aparece com 16,54% da potência outorgada em construção dividida em
134 unidades.52
A energia eólica ganha ainda mais destaque quando, dentre os projetos que
ainda não iniciaram construção, ela disposta com 46,63% da potência outorgada
dividida em 283 unidades que gerarão um total de 6.796.668 kW (Tabela 6).
Tabela 6 - Tabela de empreendimentos em construção e com construção não iniciada por tipos no Brasil / Fonte: ANEEL/2014
A matriz elétrica nacional é então composta por esses 132.488.865 kW de
potência instalada e por mais 8.170.000 kW de potência importada do Paraguai,
Argentina, Venezuela e Uruguai, totalizando então 140.658.865 kW de potência
(Tabela 7 e Figura 44).
Tabela 7 - Matriz energética brasileira / Fonte: ANEEL/2014
53
Figura 44 - Representação gráfica da matriz energética brasileira / Fonte: ANEEL/2014
4.4. Mundo: Panorama atual
54
A demanda por consumo energético e sua estrutura constitui um dos
aspectos-chave para analisar os desafios que enfrentaremos no futuro. Esta
estrutura, na qual o petróleo e os restantes combustíveis fósseis têm um peso
significativo, está evidenciada na matriz energética de consumo mundial de energia
primária (Repsol, 2013).
Figura 45 - Matriz energética mundial 2011 x 2035 / Fonte: Agência Internacional de Energia
Em escala mundial, os hidrocarbonetos proporcionam mais da metade da
energia primária consumida. Em particular, 31% do consumo energético primário
global provém do petróleo, sendo assim a fonte energética mais utilizada (Figura 45)
(Repsol, 2013).
O gás natural alcançará uma participação de 24% em 2035 numa procura
energética total estimada em 17.386 milhões de toneladas equivalentes de petróleo
(Mtep) (Repsol, 2013).
55
Durante os próximos anos não se esperam grandes mudanças. Segundo a
Agência Internacional da Energia (AIE), no seu cenário base do World Energy
Outlook de 2013, o petróleo registará uma contração de 5 pontos percentuais na
matriz energética de 2035 com respeito a 2011 (Repsol, 2013).
No panorama 2035, outras energias renováveis, como energia eólica,
fotovoltaica e outras, terão crescimento de 3%, enquanto o carvão mineral terá um
decréscimo de 4%.
4.5. Projeção de geração de energia a partir das ondas no Brasil
4.5.1. Estimativa do potencial energético gerado por ondas na costa do Brasil com ênfase no estado do Ceará
O estudo de Ostritz (2012) foi desenvolvido a partir da utilização do software
Wavewatch-II versão 3.4, de modelagem para simular a geração e propagação das
ondas. Para alimentar o software, o autor utilizou os dados de vento do modelo
atmosférico GFS entre os anos de 1998 a 2008.
Ostritz ainda avaliou o desempenho do Wavewatch-II em águas rasas e
profundas comparando os dados encontrados com dados provenientes de
ondógrafos instalados na região de estudo. Os resultados mostraram que o modelo
apresenta bons resultados em ambos ambientes podendo ser utilizado para
determinação do potencial energético gerado por onda.
Como fruto do estudo em questão, Ostritz estimou o potencial energético
gerado por ondas ao longo de todo litoral brasileiro, com ênfase no Estado do Ceará
e gerou gráficos e imagens representativas desses resultados, que posteriormente
serão utilizados neste trabalho de conclusão de curso.
56
Ostritz concluiu que, apesar de a região nordeste não apresentar o maior
potencial energético, a região mostra-se como a principal área para implantação de
usinas desenvolvidas para águas profunda no Brasil e, adicionalmente a isto, foi
verificado que a porção leste do Ceará é a mais indicada para instalação de plantas
desenvolvidas para águas rasas e intermediárias.
4.5.2. Avaliação do potencial de energias oceânicas no Brasil
O estudo de Fleming (2012) baseou-se na avaliação do potencial de energia
de ondas e maré do Brasil, definindo um potencial teórico máximo de ondas entre 90
e 165 GW distribuídos por todo o litoral brasileiro.
Para analisar o potencial teórico de energia de ondas, Fleming consultou as
bibliografias disponíveis sobre o assunto. A mais completa, segundo ela, seria de
Carvalho (2010), onde são utilizados dados de campo de ventos entre os anos de
1997 e 2009 e a partir destes são simulados os campos de onda através do modelo
numérico WAVEWATCH III.
Fleming considerou apenas áreas nacionais, ou seja, que compreendam
partes do território brasileiro, e para calcular os potenciais foram utilizadas as
médias anuais (kW/m) baseadas nos dados no trabalho de Carvalho (2010). Uma
tabela potencial x estado foi gerada e será posteriormente usada para comparação
com os resultados do presente estudo.
5. ESTUDO DE CASO: USINA DE ONDAS DE PECÉM – CE
57
A usina de ondas de Pecém (Figura 47) foi o primeiro projeto no Brasil a
propor o aproveitamento da energia das ondas para geração de energia elétrica,
através de um protótipo de 50kW e está localizada no Porto de Pecém, no Ceará
(Figura 46). O seu desenvolvimento foi feito pelo Programa de Pesquisa e
Desenvolvimento (P&D) da ANEEL e intitulado como “Implantação de Protótipo de
Conversor de Ondas Onshore nas Condições de Mar do Nordeste do Brasil”, o qual
foi iniciado em 05/03/2009 (ANEEL, 2012).
Figura 46 - Porto de Pecém/CE / Fonte: site da web [http://eficienciaenergtica.blogspot.com]/2012
58
Figura 47 - Foto da Usina de Ondas de Pecém / Fonte: site da web [http://tribunadoceara.uol.com.br]/2013
A Tractebel Energia S.A entrou como empresa proponente e a
COPPETEC/UFRJ (Fundação Coordenação de Projetos, Pesquisas e Estudos
Tecnológicos/Laboratório de Tecnologia Submarina) como instituição executora
(ANEEL, 2012).
O projeto teve um custo total de R$14,4 milhões e duração de 36 meses. A
geração de energia elétrica a partir das ondas do mar aconteceu durante 10 minutos
do dia 24/06/2012 e alimentou os sistemas auxiliares da própria usina (iluminação e
ar condicionado) (ANEEL, 2012).
O funcionamento da usina é feito através de módulos, de modo a atender a
futuras ampliações. Cada módulo é composto por um flutuador com diâmetro de 10
metros, que se movimenta de forma ascendente e descendente assim como o
movimento das ondas. O flutuador está fixado a um braço mecânico de 22 metros de
comprimento.
59
O braço mecânico aciona uma bomba alternativa que alimenta um circuito
fechado de água doce de alta pressão. Estas bombas succionam e comprimem o
fluido durante a movimentação dos flutuadores para abastecer e manter elevada a
pressão de uma câmara hiperbárica. Esta câmara é previamente pressurizada com
gás nitrogênio, contendo certa proporção de volume de água, caracterizando um
acumulador hidráulico.
Figura 48 - Esquema simplificado e ilustrado do funcionamento da usina após a etapa de bombeamento de água pelos braços mecânicos até a câmara hiperbárica / Fonte: site da web
[http://odia.ig.com.br]/2012
A potência hidráulica gerada é proporcional ao valor do produto entre o
volume d’água liberado pela válvula controladora de vazão e a pressão existente na
câmara hiperbárica durante a operação. Esta pressão atuante substitui uma queda
d’água equivalente. Esta usina pode utilizar como reservatório d’água o próprio
60
oceano, ou operar em circuito fechado com água tratada, armazenada num
reservatório situado na própria instalação.
A água, que abastece a câmara hiperbárica, é então liberada em forma de
jato d’água doce de alta pressão, que equivale a uma coluna d’água de 400 metros,
para acionar uma turbina numa vazão igual ou menor àquela enviada pelas bombas,
através de uma válvula controladora de vazão. A rotação obtida no eixo da turbina é
transmitida a um gerador elétrico para a conversão da energia mecânica em
eletricidade.
O ajuste da rotação da turbina é realizado por uma válvula reguladora de
vazão volumétrica, ou bico com furo de diâmetro previamente calculado. Esta
válvula, resistente a altas pressões, é utilizada também durante a parada da usina
para manutenção ou em caso de emergência.
As figuras 48 e 49 detalham o funcionamento geral da usina, enquanto as
figuras 50, 51 e 52 mostram em detalhes a bomba hidráulica acoplada ao braço
mecânico, o conjunto de câmera hiperbárica, turbina hidráulica e gerador elétrico,
para aprimorar a compreensão do processo de geração de energia elétrica como um
todo.
Figura 49 - Principio de funcionamento da usina de ondas de Pecém / Fonte: Silva, 2012
61
Figura 50 - Conjunto câmara hiperbárica, turbina hidráulica e gerador elétrico / Fonte: Assis, 2010
Figura 51 - Esquema representativo da câmara hiperbárica e do conjunto turbo gerador / Fonte: Fleming/2012.
O projeto inicial prevê a expansão, através da agregação de módulos, para
atingir 500 kW, o que é suficiente para atender as necessidades de 200 famílias.
62
Figura 52 - Esquema representativo do projeto finalizado, com potência de 500 kW e detalhe da bomba hidráulica / Fonte: COPPE/UFRJ
5.1. Dinâmica das ondas
5.1.1. Definições
Ondas são movimentos causados por perturbações, e estas se propagam
através de um meio. No caso das ondas do mar, as perturbações são causadas pela
ação dos ventos e o meio em que se propagam é o próprio oceano.
As ondas possuem algumas propriedades específicas:
Transferência uma perturbação de uma parte de um material para outra;
A perturbação se propaga através do material sem que se tenha uma movimentação significativa do material em si;
A perturbação se propaga sem que haja uma mudança significativa na forma da onda;
A perturbação parece se propagar com velocidade constante.
A figura a seguir representa o perfil vertical de 2 ondas sucessivas, onde a
altura H de onda se refere à distância entre pico mais alto e o mais baixo, ou seja,
crista e cavado. A amplitude A é a distância entre a crista e nível médio ou entre o
cavado e o nível médio, ou seja, é a metade da altura H. O comprimento L 63
corresponde à distância entre duas cristas ou dois cavados consecutivos. A esbeltez
da onda é a razão entre a altura H e o comprimento L, e é representada pela letra
grega η. O período T, geralmente medido em segundos, é o intervalo de tempo que
duas cristas ou dois cavados demoram para passar por um ponto fixo, e a
frequência ƒ é o número de cristas ou cavados que passam por um ponto fixo em
um segundo. A frequência ƒ é o inverso do período (Figura 53).
Figura 53 - Perfil vertical de 2 ondas consecutivas / Fonte: OSTRITZ, 2012
5.1.2. Formação e energia as ondas
As ondas que quebram na praia podem viajar centenas ou até milhares de
quilômetros desde sua região de formação sem praticamente decréscimo energético
nenhum, pois as perdas ocorrem basicamente quando a onda começa a interagir
com o fundo oceânico. Dentre todas as ondas oceânicas, as geradas pelos ventos
são as que possuem maior concentração de energia.
Com o aquecimento desigual da superfície da terra, através da radiação
solar, há o surgimento dos ventos, que transferem energia para a água através de
tensões cisalhantes sobre a superfície do mar. Os ventos transferem energia
cinética ao soprarem paralelamente à superfície, e uma parte dessa energia 64
transferida acaba gerando as ondas. A quantidade de energia transferida do vento
para a superfície do mar irá depender de 3 fatores:
1. Intensidade do vento
2. Tempo de atuação deste vento
3. Área sobre a qual está atuando (Pista ou Fetch)
Deste modo, quanto maior for a velocidade, o tempo e a pista, maior será a
onda resultante. Porém, logicamente, para cada estado de mar há uma dimensão
máxima a ser atingida pela onda, ou seja, as ondas não crescem infinitamente
(Tabela 8).
Tabela 8 - Condições de mar totalmente desenvolvido para diferentes velocidades de vento e as características resultantes / Fonte: FLEMING, 2012
Estas condições... ...produzem estas ondasVelocidade do vento
(Km/h)Pista (Km)
Duração em horas
Altura média (m)
Comprimento de onda médio (m)
Período médio (s)
20 24 2,8 0,3 10,6 3,230 77 7 0,9 22,2 4,640 176 11,5 1,8 39,7 6,250 380 18,5 3,2 61,8 7,760 660 27,5 5,1 89,2 9,170 1093 37,5 7,4 121,4 10,880 1682 50 10,3 158,6 12,490 2446 65,2 13,9 201,6 13,9
As partículas da água adquirem movimentos circulares/elípticos através de
fenômenos de pressão e fricção exercidos pelo vento sobre a água dos oceanos.
A maior parte das ondas é gerada em regiões de tempestade (Figura 54),
onde os ventos em geral são mais fortes e a superfície do mar se torna caótica.
Depois de serem geradas, as ondas se propagam até encontrar um local para
dissipar esta energia, geralmente este local são as praias.
65
Figura 54 - Formação de ondas devido à uma tempestade / Fonte: FLEMING, 2012
A densidade de energia presente nas ondas em regiões costeiras diminui
devido à interação com o fundo do mar. Estas perdas ocorrem basicamente devido
ao atrito da onda com o fundo do mar, quando a profundidade local se torna menor
do que metade do comprimento de onda (Profundidade < L/2), ou seja, passando de
água profunda para água intermediária até chegar à água rasa.
Durante este trajeto a onda passa ficar mais lenta, seu comprimento vai
ficando reduzido e sua altura a aumentar gradualmente até que a onda quebra como
consequência (Figuras 55 e 56).
Figura 55 - Comportamento das ondulações conforme se aproximam da costa / Fonte:FLEMING,2012
66
Figura 56 - Classificação das ondas de acordo com a profundidade / Fonte: FLEMING, 2012
A energia total contida em uma onda divide-se em duas naturezas, a energia
potencial, que é resultante do deslocamento livre da onda, e a energia cinética, que
é a resultante do movimento das partículas da água através do fluido.
O estudo da energia total é importante na previsão de como as ondas se
modificam durante a sua propagação em direção à costa, na determinação da
energia necessária para geração das ondas e no conhecimento da energia
disponível para ser utilizada em dispositivos de conversão de energia de ondas.
5.1.3. Interferências do clima
Por serem geradas por ventos, as ondas variam ao longo do ano de acordo
com o clima, o que é chamado de clima de ondas. No entanto, devido à
característica que as ondas possuem de percorrer milhares de quilômetros sem
perda significativa de energia, o clima de ondas não necessariamente coincide com
o clima de determinada região, podendo refletir o clima de uma região no extremo
oposto de uma bacia oceânica. Quase sempre têm-se ondas de tempestades
distantes (swell), mas seu efeito é sobreposto por ondas esbeltas geradas em
tempestades locais, principalmente no inverno (BROWN e PARK, 1999).
67
Em função da grande extensão e diferentes relevos, a costa do Brasil
apresenta diferentes tipos de clima: Subtropical na região Sul e sul do estado de São
Paulo, e Tropical entre o litoral da região sudeste e norte-nordeste.
Além das varações sazonais locais o clima de ondas de determinada região
depende também da circulação atmosférica global. Entre os ventos mais intensos
estão os ventos de oeste, que geram grandes ondas nas costas leste dos oceanos
entre as latitudes de 30° e 60°. Por esta razão, as ondas na Europa são
consideravelmente maiores que as no Brasil, por exemplo, salvo o extremo sul do
país. Somando-se os ventos de oeste à maior pista do mundo, encontrada ao redor
do continente Antártico, tem-se a região com as maiores ondas (Figura 57).
Figura 57 - Mapa de altura de onda produzido a partir de dados do satélite TOPEX/Poseidon / Fonte: TRUJILLO e THURMAN, 2011
Dentre os principais sistemas meteorológicos formadores de ondas na costa
do Brasil, se encontram o Anticiclone Subtropical do Atlântico Sul (ASAS), os ventos
alísios (de NE e SE) e ciclones extratropicais.68
O ASAS é um sistema de alta pressão, que oscila em torno de uma posição
média ao longo do ano em função do gradiente de temperatura entre o oceano e o
continente. Este sistema meteorológico é responsável pela geração de ventos nos
quadrantes E e SE ao longo de todo ano na região nordeste, bem como ventos de N
e NE na região sudeste do país.
Este padrão é frequentemente alterado durante a passagem de ciclones
extratropicais, mudando a direção dos ventos e consequentemente das ondas nas
regiões de influência.
Ciclones extratropicais são formados a partir da ondulação de uma frente
fria, ocorrendo quando a frente apresenta diferença de velocidade em função de sua
passagem por um relevo continental (como os Andes, por exemplo). A parte mais ao
norte da frente, sofre retardamento desenvolvendo um vórtice ciclônico. Ao se
aproximarem, promovem ventos fortes, intensa precipitação em forma de
tempestade e estado de mar bastante severo.
Já os alísios são ventos que ocorrem ao longo de todo ano atuando em
regiões equatoriais de todo mundo. Sendo resultado pela diferença de pressão entre
as regiões subtropicais e equatoriais, sopram portanto de nordeste para sudeste no
hemisfério norte (alísios de norte) e de sudeste para noroeste no hemisfério sul
(alísios de sul).
Em uma determinada região, conhecida como Zona de Convergência
Intertropical, os alísios de norte e sul se encontram numa faixa de baixa pressão que
cobre todo o globo na região.
Localizada acima da célula de Hadley, a ZCIT tem um papel fundamental no
clima das regiões tropicais uma vez que transferem calor e umidade em diferentes
níveis da atmosfera (Figura 58).
69
Figura 58 - Imagem representativa da circulação atmosférica global / Fonte: OSTRITZ, 2012.
5.2. Mapeamento do potencial ondomotriz por região
Utilizando os valores de potencial de geração provenientes do trabalho de
Ostritz, que dividiu o Brasil em nove áreas de estudo, foi possível realizar uma
compilação e representar estes dados em escalas de intensidade representada pela
gradação de cores.
O software livre QuantumGis (QGIS) foi usado para este propósito, se
mostrando muito eficiente e objetivo.
Foi calculado, por estado brasileiro, o potencial de geração ondomotriz para
cada mês do ano, assim como o seu valor médio e o somatório do potencial ao
longo do ano.
70
6. RESULTADOS ENCONTRADOS
A tabela abaixo (Tabela 9) evidencia os valores encontrados e utilizados
para a elaboração dos mapas temáticos (Figuras 59 a 72) que serão apresentados a
seguir.
Tabela 9 - Dados do potencial de geração ondomotriz por estado (GW)
EXTENSÃO (KM) JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ SOMA MÉDIARIO GRANDE
DO SUL610 7,44 8,30 8,54 11,29 15,13 13,12 13,42 13,48 15,25 11,10 11,16 8,54 136,76 11,40
SANTA CATARINA
561 6,02 6,28 6,92 8,70 12,38 10,72 11,03 11,16 12,60 8,64 9,41 6,92 110,78 9,23
PARANÁ 100 1,00 1,00 1,15 1,40 2,07 1,79 1,85 1,88 2,12 1,40 1,60 1,15 18,41 1,53
SÃO PAULO 700 7,00 7,00 8,05 9,80 14,19 12,53 12,95 13,16 14,84 9,80 11,20 8,05 128,57 10,71
RIO DE JANEIRO
850 7,61 7,40 8,42 11,01 16,07 14,03 14,66 14,45 16,24 10,69 12,16 8,37 141,08 11,76
ESPÍRITO SANTO
410 4,02 3,44 3,81 5,17 7,26 6,68 7,26 7,30 7,95 5,29 5,99 4,06 68,22 5,69
BAHIA 1181 8,03 7,32 8,15 10,51 15,23 17,01 19,01 20,08 17,36 11,93 11,93 8,62 155,18 12,93
SERGIPE 163 1,91 1,78 1,89 2,00 2,22 2,64 2,85 3,15 2,59 2,22 2,09 1,92 27,25 2,27
ALAGOAS 228 2,67 2,49 2,64 2,80 3,10 3,69 3,99 4,40 3,63 3,10 2,92 2,69 38,12 3,18
PERNAMBUCO 187 2,19 2,04 2,17 2,30 2,54 3,03 3,27 3,61 2,97 2,54 2,39 2,21 31,27 2,61
PARAÍBA 138 1,61 1,50 1,60 1,70 1,88 2,24 2,42 2,66 2,19 1,88 1,77 1,63 23,07 1,92
RIO GRANDE DO NORTE
400 4,68 4,36 4,64 4,92 5,44 6,48 7,00 7,72 6,36 5,44 5,12 4,72 66,88 5,57
CEARÁ 573 8,42 7,68 7,68 6,47 4,81 4,58 5,16 6,88 7,11 7,79 7,16 7,79 81,54 6,79
PIAUÍ 66 0,97 0,88 0,88 0,75 0,55 0,53 0,59 0,79 0,82 0,90 0,83 0,90 9,39 0,78
MARANHÃO 640 10,43 10,69 10,24 8,19 5,76 5,50 5,31 6,21 6,46 7,42 7,55 8,90 92,67 7,72
PARÁ 650 12,38 12,55 11,64 9,56 7,05 5,82 5,14 5,36 5,59 6,57 7,57 10,04 99,26 8,27
AMAPÁ 300 6,54 6,57 5,94 4,98 3,81 2,79 2,25 2,04 2,13 2,58 3,45 5,10 48,18 4,02
Para mensurar o grau de confiabilidade dos resultados, foi realizada uma
comparação (Tabela 10) com os dados de Carvalho (2010).
A diferença percentual média entre os valores é de 16,05% e quase todos os
dados calculados mostraram alguma diferença, em geral superior, em relação ao
encontrados por Carvalho (2010). A diferença percentual entre a soma das médias
foi de 14,52% para mais.
71
Essa pequena diferença se deve ao fato de Ostritz ter dividido a costa
brasileira em nove áreas de estudo e não ter se restringido aos limites federativos de
cada estado. Com isso, um grande esforço foi realizado para que os estados que
foram abrangidos por mais de uma área de estudo de Ortritz tivessem um valor total
que representasse proporcionalmente as contribuições de todas as áreas de estudo.
Tabela 10 - Tabela de comparação entre os dados calculados e os dados presentes na literatura (CARVALHO, 2010)
MÉDIA CALCULADA
MÉDIA SEGUNDO CARVALHO, 2010
DIFERENÇA PERCENTUAL
RIO GRANDE DO SUL
11,40 9,24 18,92%
SANTA CATARINA 9,23 8,49 8,03%
PARANÁ 1,53 1,27 17,22%
SÃO PAULO 10,71 8,91 16,84%
RIO DE JANEIRO 11,76 11,82 0,54%
ESPÍRITO SANTO 5,69 5,37 5,55%
BAHIA 12,93 11,57 10,53%
SERGIPE 2,27 1,99 12,38%
ALAGOAS 3,18 2,78 12,49%
PERNAMBUCO 2,61 2,28 12,49%
PARAÍBA 1,92 1,68 12,63%
RIO GRANDE DO NORTE 5,57 4,88 12,44%
CEARÁ 6,79 4,30 36,72%
PIAUÍ 0,78 0,50 36,11%
MARANHÃO 7,72 5,31 31,24%
PARÁ 8,27 7,22 12,71%
AMAPÁ 4,02 3,33 17,06%
106,39 90,94 14,52%
De acordo com a tabela, alguns dados tiveram uma discrepância
considerável, como os estados de Ceará, Piauí e Maranhão, mas por outro lado,
estados como Espírito Santo e Rio de Janeiro se aproximaram bastante dos valores
constantes na literatura. O valor médio de 16,05% de desvio se mostrou satisfatório
para o estudo em questão.72
6.1. Mapas Produzidos
Figura 59 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas – Janeiro
Figura 60 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Fevereiro
73
Figura 61 - Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Março
Figura 62 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Abril
74
Figura 63 - Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Maio
Figura 64 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Junho
75
Figura 65 - Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Julho
Figura 66 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Agosto
76
Figura 67 - Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Setembro
Figura 68 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Outubro
77
Figura 69 - Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Novembro
Figura 70 – Mapa temático representando a variação do potencial energético através das ondas - Dezembro
78
Figura 71 - Mapa temático representando o potencial energético médio gerado através das ondas em um ano
Figura 72 - Mapa temático representando o potencial energético total gerado através das ondas em um ano
79
7. CONCLUSÃO E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por possuir um litoral de aproximadamente 8000 km de extensão e estar sob
sistemas meteorológicos propícios a formação de ondas, o Brasil apresenta boas
oportunidades de aproveitamento da energia ondomotriz, que pode futuramente
ajudar a compor a matriz energética nacional ao lado das hidrelétricas, termelétricas
e etc. Além disso, o fato de mais de 70% da população residir próxima ao litoral
favorece ainda mais o desenvolvimento desse nicho de produção energética, já que
as perdas na transmissão são reduzidas drasticamente devido às menores
distâncias entre a produção e a entrega aos centros consumidores.
Observando os resultados na tabela 9 e as representações nos mapas, fica
nítido que, em questão de potencial energético ondomotriz, a região nordeste não
desponta com os maiores valores, porém tem a série mais constante em relação às
outras regiões. Isso se deve muito em razão da efetiva significância da ação dos
Ventos Alísios na região de forma quase constante durante o ano.
Já a região do litoral do Rio Grande do Sul e Santa Catarina apresentam os
maiores potenciais do Brasil, porém, segundo Ortritz, dois fatores dificultam o
aproveitamento deste potencial: a alta sazonalidade e o tamanho da plataforma
continental.
Ainda segundo Ortritz, grandes variações de oferta de energia ao longo do
ano são um ponto negativo na implantação de uma usina em determinada região por
tornarem mais baixo o seu fator de capacidade, que é a razão entre a potência
média e potência máxima teórica. E ainda, a região Sul apresenta uma plataforma
continental bastante extensa, o que aumenta a distância entre a usina e o litoral,
elevando a perda de energia ao longo do transporte.
80
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSIS, Leandro. Avaliação e Aproveitamento da Energia de Ondas Oceânicas no Litoral do Rio Grande do Sul. 82 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-graduação
em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, 2010.
BESERRA, Eliab. Avaliação de Sítios para o Aproveitamento dos Recursos Energéticos das Ondas do Mar. 231 f. Tese (Doutorado) - Coordenação dos Programas de
Pós-graduação de Engenharia da Universidade Federal do Rio De Janeiro, 2007.
CARVALHO, Jonas. Distribuição de energia das ondas oceânicas ao largo do litoral do Brasil. 169 f. Dissertação (Mestrado) – Curso de Pós-graduação em Meteorologia do
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, São José dos Campos, 2010.
CLEMENTE, Cristiano. Avaliação do Desempenho Hidrodinâmico de um Sistema de Corpos Oscilantes para Extração de Energia das Ondas. 118 f. Dissertação (Mestrado) -
Programa de Pós-graduação em Engenharia Oceânica, COPPE, Universidade Federal do
Rio de Janeiro, 2011.
FISHER, Andrea. Avaliação do Potencial Energético de Correntes Oceânicas no Litoral Sul do Brasil. 146 f. Tese (Doutorado) – Programa de Pós-graduação em Recursos
Hídricos e Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2014.
FLEMING, Fernanda. Avaliação do Potencial de Energias Oceânicas no Brasil. 85 f.
Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-graduação em Planejamento Energético,
COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2012.
OSTRITZ, Frederico. Estimativa do Potencial Energético Gerado por Ondas na Costa do Brasil com Ênfase no Estado do Ceará. 58 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de
Pós-graduação em Engenharia Oceânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro,
2012.
SILVA, Jones. Viabilidade de Geração de Energia Elétrica Através de Ondas Oceânicas no Litoral Norte do Rio Grande do Sul: Estudo de um Sistema Híbrido de Energias
81
Renováveis. 117 f. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-graduação em Recursos
Hídricos e Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2012.
8.1. Referências Pesquisadas na Internet
AMÉRICAS DO SOL. Energia Fotovoltaica. Disponível em: <http://www.americadosol.org/>.
Acesso em: 08 de Outubro de 2014.
ANEEL. Livro Atlas de Energia Elétrica do Brasil. 1ª Edição. Brasília, 2002. Disponível
em: <http://www.aneel.gov.br/arquivos/pdf/livro_atlas.pdf>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
ANEEL. BIG – Banco de Informações de Geração. Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm>. Acesso em: 27 de
Setembro de 2014.
ANEEL. Atlas da Energia do Brasil. 3ª Edição. Brasília, 2008. Disponível em:
<http://www.portalpch.com.br/images/pdf/atlasdeenergia/atlas_capa_sumario.pdf>. Acesso em: 02
de Outubro de 2014.
ANEEL. Informações Gerenciais – Julho de 2014. Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Z_IG_Jun14.pdf>. Acesso em: 06 de Outubro de 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA EÓLICA. Boletim de Dados – Setembro de 2014. Disponível em: <http://www.abeeolica.org.br/pdf/Boletim-de-Dados-ABEEolica-Setembro-
2014-Publico.pdf>. Acesso em: 08 de Outubro de 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA SOLAR. Disponível em:
<http://www.abens.org.br/novo/>. Acesso em: 08 de Outubro de 2014.
BERMANN, Célio. Crise Ambiental e as Energias Renováveis. Disponível em:
<http://cienciaecultura.bvs.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0009-67252008000300010>.
Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
82
BRASKEN. O Etanol. Disponível em: <http://www.braskem.com.br/site.aspx/Etanol>. Acesso
em: 21 de Outubro de 2014.
CEPEL. Atlas Solarimétrico do Brasil – Bancos de Dados Terrestres. Disponível em:
<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Atlas_Solarimetrico_do_Brasil_2000.pdf>.
Acesso em: 11 de Outubro de 2014.
ELETROBRÁS, Eletronuclear. Temas Gerais - Panorama da Energia Nuclear no Mundo. Disponível em: <http://www.eletronuclear.gov.br>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
ELETROBRÁS. Potencial Hidrelétrico Brasileiro - SIPOT. Disponível em:
<http://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMIS21D128D3PTBRIE.htm>. Acesso em: 01 de
Outubro de 2014.
ELETROBRÁS, ELETROSUL. Disponível em: <http://www.eletrosul.gov.br/home/conteudo.php?
cd=1151>. Acesso em: 08 de Outubro de 2014.
EXXONMOBIL. Panorama Energético 2014. Disponível em: <http://exxonmobil.com.br/Brazil-
Portuguese/PA/Files/PanoramaEnergetico2014.pdf>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
GREENPEACE. Revolução Energética – A Caminho do Desenvolvimento Limpo, 2013. Disponível em: <http://www.greenpeace.org/brasil/Global/brasil/image/2013/Agosto/
Revolucao_Energetica.pdf>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
INSTITUTO NACIONAL DA PROPRIEDADE INTELECTUAL. Energia Oceânica. Disponível
em: <http://www.marcasepatentes.pt/files/collections/pt_PT/1/300/302/Energia%20Oce
%C3%A2nica.pdf>. Acesso em: 28 de Outubro de 2014.
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Matriz Energética. Disponível em:
<http://www.mme.gov.br/spe/menu/matriz_energetica.html>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
MINITÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Energias Renováveis – Energia Eólica. Disponível em:
<http://www.mma.gov.br/clima/energia/energias-renovaveis/energia-eolica>. Acesso em: 08 de
Outubro de 2014.
83
MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Aproveitamento Energético do Biogás de Aterro Sanitário. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/cidades-sustentaveis/residuos-solidos/politica-
nacional-de-residuos-solidos/aproveitamento-energetico-do-biogas-de-aterro-sanitario>. Acesso em:
12 de Outubro de 2014.
NEOENERGIA. O Setor Elétrico - Matriz Energética. Disponível em:
<http://www.neoenergia.com/Pages/O%20Setor%20El%C3%A9trico/MatrizEnergetica.aspx>.
Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
OCEAN ENERGY SYSTEMS. Waves. Disponível em:
<http://www.ocean-energy-systems.org/index.php>. Acesso em: 10 de Dezembro de 2014.
PACHECO, Fabiana. Energias Renováveis: Breves Conceitos. Disponível em:
<http://ieham.org/html/docs/Conceitos_Energias_renov%E1veis.pdf>. Acesso em: 26 de Setembro
de 2014.
PORTAL ENERGIAS RENOVÁVEIS. Energia Oceânica. Disponível em:
<www.energiasrenovaveis.com>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
REPSOL. Matriz Energética Mundial – Perspectiva de Crescimento. Disponível em:
<https://www.repsol.com/pt_pt/corporacion/conocer-repsol/contexto-energetico/matriz-energetica-
mundial/>. Acesso em: 26 de Setembro de 2014.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO. Laboratório de Tecnologia Submarina, COPPE/UFRJ. Disponível em: <http://www.lts.coppe.ufrj.br/index_br/index.php>.
Acesso em: 10 de Dezembro de 2014.
84