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Conversores híbridos: juntar o melhor de cada tecnologia para aproveitar a energia das ondas do mar

13 janeiro 2021

Artigo de Henrique Cestaro, engenheiro de desenvolvimento no INEGI na área de tecnologias para o mar.


O consumo de energia elétrica a nível mundial continua a sua trajetória de crescimento. E se, num passado muito próximo, as fontes de energia eram selecionadas de acordo com critérios de preço e disponibilidade local, hoje assistimos a uma maior procura de fontes de energia renovável, com menores impactos ambientais.

O termo "energia renovável” evoca imagens de painéis solares e turbinas eólicas para a maior parte das pessoas.  No entanto, é cada vez mais patente que a energia das ondas terá um papel importante no mix global de energia. Um futuro que se desenha graças ao avanço da tecnologia, especialmente soluções híbridas.

Como tal, também nós no INEGI reconhecemos a clara necessidade de investir no desenvolvimento destas soluções híbridas, explorar novas possibilidades, e validar o seu uso real.

O mix energético do futuro tem de ser diversificado

Da energia que consumimos atualmente, cerca de 20% é na forma de eletricidade. Espera-se, porém, que esta fatia aumente para cerca 50% até 2050[1]. Até lá, projeta-se que dois terços da energia consumida será proveniente de fontes renováveis. Este aumento na produção de eletricidade renovável, alinhado com o aumento da eletrificação de meios de transporte, desde automóveis a navios, pode resultar numa redução nas emissões de dióxido de carbono até 60%.

Uma maior diversificação das fontes de energia, nomeadamente através da prioridade de recursos locais, pode assim contribuir para uma maior independência energética [2], de modo a que os consumidores estejam menos expostos a fatores externos, como preço do petróleo ou questões políticas.

Neste contexto, o mar revela-se como uma fonte de energia renovável com grande potencial. Não só está disponível em todos os locais costeiros, como tem uma capacidade de produção de eletricidade estimada entre 20 a 80 mil terawatt-hora (TWh) por ano [2], o que representa entre 100% a 400% da procura global de energia elétrica.

Tecnologias para conversão da energia das ondas estão a evoluir

Para transformar esta capacidade de produção potencial, em capacidade de produção real, têm surgido diversas soluções tecnológicas assentes em sistemas de Conversão de  Energias das Ondas (WEC, da sigla em inglês para Wave Energy Converters).

Uma destas soluções mais estudadas é o sistema da Coluna de Água Oscilante (OWC, da sigla em inglês para Oscilating Water Column[3].

Este sistema de aproveitamento de energia das ondas consiste numa estrutura de betão ou aço parcialmente submerso, com uma abertura ao mar, abaixo da linha da água, formando uma câmara pneumática. À medida que a superfície do mar oscila com as ondas, o mar comprime o ar dentro da câmara, movimentando uma turbina e gerando eletricidade.

Estes OWCs já foram construídos para testes e produção de energia elétrica, destacando-se, até há bem pouco tempo, a Central de Energia das Ondas do Pico, que se encontrava na ilha do Pico, Açores [4]. Porém os altos custo de construção e manutenção destas estruturas, aliados à complexidade no controlo do conjunto turbina-gerador, ainda dificultam a expansão do uso dessa tecnologia.

Outra tecnologia em desenvolvimento que merece destaque é a captura de energia das ondas por um conversor de energia das ondas por Espraiamento ou Galgamento (OWEC, da sigla em inglês para Overtopping Wave Energy Converter).

Trata-se de um sistema baseado na captura da água que se espraia na estrutura de reservatórios, onde é armazenada a uma cota superior à do nível médio da superfície da água envolvente. O acréscimo de energia potencial obtido através do espraiamento/galgamento (overtopping) é transformado em energia elétrica através de turbinas hidráulicas de baixa queda. A produtividade deste tipo de dispositivo, no entanto, é altamente dependente da agitação marítima presente no local, da batimetria dos fundos na envolvente do dispositivo, do desenho das componentes das estruturas onde ocorre o espraiamento, e do desempenho da(s) turbina(s) [5].

Soluções híbridas estão na vanguarda do desenvolvimento

As soluções híbridas estão na vanguarda do desenvolvimento neste contexto, onde surge uma nova solução que se propõe a combinar diferentes WECs num só dispositivo, chamado Conversor de Energia das Ondas Híbrido, (HWEC, do inglês Hybrid Wave Energy Converter), de forma a que os pontos fortes e fracos de cada tecnologia se compensem mutuamente, aumentando assim a eficiência do equipamento instalado.

Este trabalho está também nas mãos dos engenheiros do INEGI, com uma abordagem centrada na engenharia oceânica, recorrendo a ferramentas computacionais avançadas e a experiências em ambiente laboratorial e real.

Destaca-se o projeto SE@Ports, durante o qual foram exploradas diferentes geometrias do sistema HWEC, visando o desenvolvimento de um sistema de conversão de energia combinando o conceito de um OWC com um OWEC, para ser instalado no quebra-mar Norte do Porto de Leixões. O INEGI continua hoje a ter um papel ativo na evolução tecnológica destas soluções, nomeadamente no âmbito dos projetos PORTOS e WEC4Ports, ambos focados na produção de energia de forma sustentável em portos com soluções HWEC.

Os desafios e oportunidades impulsionados por estas tecnologias são altamente motivadores para posicionar as ondas do mar como uma fonte de energia renovável com impacto na produção de energia elétrica à escala mundial. Resta que o investimento no setor e criação de conhecimento técnico‐científicos, nos impulsionem rumo a um estado tecnológico viável.


Referências

[1] IRENA. Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050 (2019 Edition). International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 2019. ISBN 9789292601218.

[2] Linus Mofor, Jarett Goldsmith, and Fliss Jones. Ocean Energy -Technology Readiness, Patents, Deployment Status and Outlook. Technical Report August, International Renewable Energy Agency, 2014.

[3] Aquatic Renewable Energy Technologies (Aqua-RET)

[4] História da Central de Energia das Ondas do Cachorro, Programa de recuperação da Central CAO no Pico, WavEC Offshore Renewables

[5] Wave Devices, The European Marine Energy Centre (EMEC)