Energia oceânica: tipos, exemplos e potencial energético

El O mar é uma gigantesca reserva de energia. que apenas começamos a aproveitar. Ondas, marés, correntes e diferenças de temperatura e salinidade possuem um potencial capaz de gerar eletricidade limpa e constante, complementando a energia eólica e solar na transição energética.

Embora geralmente ouçamos falar sobre energia eólica offshoreExiste uma ampla gama de tecnologias marinhas que buscam converter a dinâmica do oceano em quilowatts-hora: energia das ondas, energia das marés, energia das correntes marítimas, conversão de energia térmica oceânica (OTEC) e energia do gradiente de salinidade. Algumas estão em um estágio muito avançado e outras ainda estão em fase inicial, mas todas compartilham o mesmo objetivo: aproveitar os 70% da superfície do planeta coberta por água.

O que são energias oceânicas e como são classificadas?

Quando falamos sobre energia oceânica Estamos nos referindo a fontes de energia renováveis ​​que aproveitam os movimentos e as propriedades físicas da água do mar para produzir eletricidade. Não se trata de uma única tecnologia, mas sim de diversas famílias distintas que se baseiam em diferentes fenômenos oceânicos.

A energia do oceano se manifesta na forma de ondas, marés, correntes, gradientes térmicos e gradientes de salinidadeCada um desses recursos requer dispositivos de coleta específicos e possui suas próprias vantagens e desvantagens em termos de custo, maturidade tecnológica e potenciais impactos ambientais.

Em termos gerais, o principal tipos de energia marinha são:

• Energia das ondas, com base no movimento ondulatório da superfície.
• Energia das marés ou energia maremotriz, que explora a subida e descida periódica do nível do mar.
• Energia das correntes oceânicas, que converte a energia cinética dos fluxos de água em eletricidade.
• Energia térmica oceânica ou conversão de energia térmica oceânica (OTEC), relacionado à diferença de temperatura entre as águas superficiais e profundas.
• Energia do gradiente de sal ou “energia azul”, que aproveita a diferença de salinidade entre a água doce e a água do mar.

Esse conjunto de alternativas significa que, apesar de sua juventude, os As energias oceânicas são consideradas fundamentais. em cenários de descarbonização de médio e longo prazo, especialmente em regiões costeiras com bons recursos de ondas, marés ou correntes.

Energia das marés: usinas maremotrizes

La Energia da água do mar Baseia-se no aproveitamento da subida e descida do nível do mar causadas pela atração gravitacional da Lua e do Sol. Em locais com uma diferença significativa de altura entre a maré alta e a maré baixa, uma central elétrica específica pode ser instalada para converter essa diferença de nível em eletricidade.

Para uma estação de energia das marés Para ser minimamente rentável, uma amplitude de maré de cerca de 5 metros é normalmente necessária como referência. Estima-se que pelo menos cem áreas em todo o mundo atendam a essa condição, e alguns estudos elevam o número de áreas com esse potencial somente na Europa para mais de cem. Em escala global, o potencial teórico dessa tecnologia foi avaliado em mais de 30 GW.

O esquema clássico de uma usina de energia das marés baseia-se na construção de uma dique ou barragem costeira Uma barragem fecha uma baía, estuário, enseada ou foz de rio, criando um reservatório. A barragem incorpora comportas e turbinas: quando a maré sobe, a água entra e enche o reservatório; quando a maré desce, a água armazenada é liberada pelas turbinas, gerando eletricidade em uma ou ambas as direções, dependendo do projeto.

A instalação mais emblemática deste tipo é a Usina de Energia das Marés do Estuário do Rio RanceNa Bretanha, França, a instalação está em funcionamento desde 1967. Lá, uma barreira de cerca de 750 metros separa o estuário do mar aberto, cobrindo uma área de mais de 22 km². O complexo possui 24 turbinas de 10 MW cada, o que o tornou uma referência mundial na utilização da energia das marés por décadas.

Atualmente, existe apenas uma usina comparável na Coreia do Sul; as demais usinas de energia maremotriz em operação têm potências muito menoresHouve projetos muito ambiciosos em estudo, como na Baía de Fundy (Canadá) ou no canal entre Cardiff e Bristol (Reino Unido), mas o enorme investimento inicial e o risco de impactos ambientais significativos têm retardado sua concretização.

Entre os principais desafios da energia das marés utilizando barragens estão os possíveis alteração dos ecossistemas costeirosAlterações nos padrões de sedimentação e na dinâmica de nutrientes, bem como impactos na pesca e em atividades recreativas, também estão sendo estudadas. Portanto, nos últimos anos, soluções menos invasivas, como turbinas de maré, que discutiremos mais adiante, também têm sido pesquisadas.

Com o desenvolvimento de Turbinas mais eficientes, estruturas flutuantes e projetos otimizadosPrevê-se que o custo da energia das marés diminua, o que poderá torná-la uma opção relevante em sistemas de eletricidade costeiros com grandes pântanos e estuários.

Energia das ondas ou poder das ondas

La energia das ondas A energia é aproveitada pelo movimento das ondas geradas principalmente pelo vento ao atingirem a superfície do mar. Essa ação das ondas carrega uma quantidade significativa de energia: estima-se que, em muitas costas ao redor do mundo, as ondas possam liberar entre 15 e 30 kW por metro de costa, um valor considerável.

Se essa energia pudesse ser transformada de forma eficiente, uma parte de 30 a 60 km de litoral Com bons recursos de energia das ondas, seria possível produzir tanta eletricidade quanto uma grande usina nuclear ou a combustíveis fósseis. O problema é que a atividade das ondas é um fenômeno altamente variável: muda dependendo do clima, da estação do ano e da orientação da linha costeira, o que complica o projeto de dispositivos robustos, duráveis ​​e economicamente viáveis.

No Mar Cantábrico, por exemplo, os ventos predominantes geram Ondas com uma média de cerca de três metros de altura.Isso confere a regiões como o País Basco um potencial muito interessante em termos de energia das ondas. De fato, essa comunidade autônoma tornou-se um dos principais centros mundiais de pesquisa em energia oceânica, com instalações únicas e eventos científicos de alto nível.

Para capturar a energia das ondas, vários métodos foram desenvolvidos. tipos de conversores, entre os quais estão:

• Dispositivos de Coluna de Água Oscilante (OWC)onde o movimento da onda comprime e descomprime uma câmara de ar que aciona uma turbina.
• Dispositivos móveis articulados, consistindo em estruturas segmentadas que se curvam com a passagem da onda e transformam esse movimento em energia mecânica.
• Placas ou elementos oscilantes, que se inclinam com as ondas e movimentam geradores lineares ou hidráulicos.
• estruturas flutuantes, frequentemente ancoradas em alto mar, que convertem o balanço vertical e horizontal em energia elétrica.

Um marco significativo foi a instalação, na Escócia, de uma das primeiras usinas de energia comerciais do tipo articulado, que vem gerando energia na ordem de desde o início do século. 500 kWNa Espanha, destaca-se a central de energia das ondas de Mutriku, na costa basca, com 16 turbinas OWC totalizando aproximadamente 296 kW, que injetam regularmente energia das ondas na rede desde 2011.

Em Mutriku, o princípio de funcionamento é simples, mas muito engenhoso: o Uma onda entra em uma câmara parcialmente inundada.O sistema comprime o ar aprisionado no topo e o expele através de uma turbina. Quando a onda recua, a coluna de água desce e o ar é sugado de volta pela mesma turbina, projetada para girar no mesmo sentido durante as fases de sopro e sucção. Grupos de pesquisa como o ITSAS REM da Universidade do País Basco (UPV/EHU) estão otimizando esse tipo de sistema para melhorar seu desempenho e confiabilidade.

Um dos principais desafios da energia das ondas é a gestão da mesma. intermitência e variabilidade do recurso. Tal como acontece com a energia eólica ou solar, a produção depende das condições meteorológicas variáveis, que não são uniformes em todo o mundo. Isto torna necessário combiná-la com outras fontes ou com sistemas de armazenamento para garantir o fornecimento.

Energia das correntes oceânicas

Ao contrário das ondas ou do vento, muitas correntes exibem uma baixa variabilidade e caráter quase contínuoIsso faz delas uma das fontes de energia renovável mais interessantes para a geração de energia não intermitente. Em áreas com estreitos e canais naturais, essas correntes se intensificam, resultando em velocidades ideais para a instalação de turbinas subaquáticas.

A tecnologia que explora esse recurso é muito semelhante à do ventomas submersos. Os geradores são colocados na correnteza, geralmente equipados com pás ou rotores que giram conforme a água passa. Vários tipos básicos podem ser distinguidos com base em seu design:

• Rotores de fluxo axial, muito semelhante às turbinas eólicas convencionais, com um eixo paralelo à direção da corrente.
• Rotores de eixo vertical, em que as lâminas giram em torno de um eixo perpendicular ao fluxo, o que facilita a captura de múltiplas direções.
• Dispositivos com asas ou perfis oscilantes, que convertem o movimento alternado induzido pela corrente em energia elétrica.

Um dos sistemas mais conhecidos é Sea GenInstalado no Estreito de Strangford (Irlanda do Norte) em 2008, este gerador possui duas hélices de duas pás com 16 metros de diâmetro, capaz de produzir cerca de 1,2 MW, e há anos é uma referência mundial na área de energia das marés.

Na Espanha, o potencial dessa tecnologia é relativamente limitado porque velocidades atuais Ao longo da maior parte da costa, os níveis de água não atingem os valores ideais necessários para o funcionamento eficiente desses dispositivos. Mesmo assim, existem locais de algum interesse, como o Estreito de Gibraltar ou certas correntes ao largo da costa da Galiza, onde foram realizados estudos preliminares.

Em geral, as turbinas a vapor podem abranger uma ampla gama de potências de saída, desde equipamentos relativamente pequenos para aplicações isoladas até máquinas próximas de 2 MW Em ambientes com alta velocidade de fluxo. Seus principais desafios incluem a manutenção em condições marinhas exigentes, a minimização do impacto sobre a fauna marinha e a redução do custo por quilowatt instalado.

Energia térmica oceânica ou OTEC (conversão de energia térmica oceânica)

La energia das marésA tecnologia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion), também conhecida como conversão de energia térmica oceânica, utiliza a diferença de temperatura entre a água quente da superfície e a água fria das profundezas para gerar eletricidade por meio de um ciclo termodinâmico.

Para que essa tecnologia seja viável, um gradiente térmico mínimo de cerca de 20 °C entre a superfície e profundidades de cerca de 800 a 1000 metros. Essa condição ocorre principalmente em mares tropicais, onde o sol aquece constantemente a camada superior do oceano, enquanto as águas profundas permanecem frias.

As usinas OTEC normalmente usam variações de Ciclo de RankineEm termos simplificados, o sistema possui um fluido de trabalho (que pode ser água ou um fluido com baixo ponto de ebulição, dependendo do projeto). O processo típico inclui:

• Un evaporadoronde o fluido é vaporizado graças ao calor da água superficial aquecida.
• Uma turbina, que é alimentada por vapor de alta pressão e aciona um gerador elétrico.
• Un condensador, que resfria e condensa o vapor usando água do mar fria bombeada de grandes profundidades.
• Bombas para manter a circulação de água quente e fria pelo sistema.

Na chamada circuito fechadoUtiliza-se um fluido como a amônia, que evapora e condensa sem se misturar com a água do mar. No ciclo abertoÉ a própria água do mar que, à medida que sua pressão diminui, evapora e aciona a turbina, condensando-se posteriormente com a água fria das profundezas. Também existem configurações híbridas que combinam ambas as abordagens.

A principal vantagem da energia térmica oceânica é que ela pode fornecer geração de eletricidade quase contínuaDesde que o gradiente de temperatura seja mantido, o que é bastante estável em certas regiões tropicais, a eficiência teórica é baixa devido à pequena diferença de temperatura disponível. Isso exige o manuseio de grandes volumes de água e a construção de infraestrutura de grande escala, resultando em custos ainda elevados.

Energia do gradiente de sal ou energia azul

A chamada energia azul A tecnologia aproveita a diferença de salinidade entre a água do mar e a água doce, por exemplo, na foz de um rio ou em grandes estuários. Essa diferença na concentração de sal pode ser usada para gerar energia por meio de processos osmóticos controlados.

Essencialmente, recorre a membranas semipermeáveis que permitem a passagem de água, mas não de íons de sal. Quando água doce e água salgada são colocadas em lados opostos da membrana, a água doce tende a se mover em direção ao lado da água salgada para igualar as concentrações, gerando uma diferença de pressão que pode ser convertida em energia mecânica e, em seguida, em eletricidade.

As tecnologias propostas incluem:

• Osmose direta com retardo de pressão (PRO), onde o aumento da pressão no lado salgado é usado para acionar uma turbina.
• Eletrodiálise Reversa (VERMELHO), que gera um potencial elétrico a partir da migração seletiva de íons através de membranas de troca iônica.

Essa forma de energia marinha ainda é considerada em estado desenvolvimento incipienteOs principais desafios estão relacionados ao custo e à durabilidade das membranas, aos problemas de bioincrustação e à necessidade de integrar as instalações em ambientes estuarinos sensíveis sem comprometer seu equilíbrio ecológico.

Outras formas de exploração marinha e tecnologias históricas

Para além das principais categorias modernas, existe toda uma tradição de usos históricos da energia oceânicaUm exemplo clássico é o moinho de maré, que tem sido usado durante séculos, especialmente entre os séculos XVI e XIX, para moer cereais em zonas pantanosas.

Esses moinhos funcionavam de maneira semelhante às modernas usinas de energia das marés, mas em uma escala muito menor: um barragem com comportas o que permitia que um lago fosse enchido durante a maré alta. Quando a maré baixava, a água armazenada era liberada através de um canal equipado com uma roda d'água que movia as máquinas do moinho.

Em regiões como Cádiz e Huelva, existe um notável património antigo. moinhos de maréIsso motivou estudos específicos sobre sua localização, sua tecnologia e o quadro legislativo associado à sua possível restauração ou reutilização para fins educacionais ou turísticos.

Hoje, novas tecnologias marinhas evoluíram em direção a Dispositivos subaquáticos avançados, plantas flutuantes e plataformas de teste em mar aberto, mas ainda é curioso observar quantas ideias atuais se inspiram nesses usos tradicionais da energia marinha.

Desenvolvimento regional: Andaluzia, País Basco e outras áreas de destaque

Na Espanha, diversas comunidades autônomas estão analisando detalhadamente o potencial de seus recursos marinhosA Andaluzia, por exemplo, tem o litoral mais extenso do país e a característica única de possuir costas tanto no Atlântico quanto no Mediterrâneo, o que lhe confere uma gama muito interessante de condições de ondas, marés e correntes.

O Governo Regional da Andaluzia promoveu documentos como o estudo de “Potencial bruto das energias marinhas na Andaluzia”onde os recursos de toda a sua costa são avaliados em um nível básico para as tecnologias consideradas mais promissoras. Posteriormente, foi publicada uma “2ª fase” mais detalhada, com foco nas correntes ao redor do Estreito de Gibraltar e nas ondas da faixa de Cádiz-Huelva e da costa leste de Almería.

Outra obra notável é a “Estudo preliminar sobre moinhos de maré em Cádiz e Huelva”, que inventaria essas instalações históricas, descreve sua tecnologia e analisa os aspectos legais relacionados à sua proteção e possível reabilitação.

Além disso, relatórios como “Centrais elétricas e infraestrutura energética na Andaluzia”, onde é coletada a situação das instalações nos níveis municipal, provincial e regional, e ferramentas como o Mapa Interativo de Infraestruturas Energéticas da Andaluzia (MIEA) são disponibilizadas para consultar a localização de usinas solares e outras infraestruturas energéticas relevantes.

Por sua vez, o País Basco consolidou-se como líder internacional em energia oceânicaNo Mar Cantábrico Basco, as condições das ondas são favoráveis, especialmente no inverno, o que tem favorecido a implementação de projetos pioneiros como a já mencionada central de energia das ondas em Mutriku e a plataforma BIMEP (Biscay Marine Energy Platform), um ambiente de testes em mar aberto onde empresas e centros de pesquisa podem testar protótipos em escala real.

A presença de infraestruturas como o BIMEP e de grupos de pesquisa especializados atraiu eventos de renome mundial para o País Basco, como o congresso ICOE, focado na indústria offshore, e o congresso EWTEC, focado na pesquisa em energia oceânica. Esses fóruns reúnem centenas de especialistas e pesquisadores para debater o tema. avanços recentes em simulação, projeto de dispositivos e avaliação de recursos.

Um elemento fundamental para consolidar essa liderança é o treinamento especializadoO Mestrado Erasmus Mundus em Energias Renováveis ​​no Ambiente Marinho (REM+), coordenado pela UPV/EHU e outras universidades europeias, colabora com mais de 50 empresas do setor e foi premiado pela Ocean Energy Conference pela sua contribuição para a formação de profissionais neste campo emergente.

Vantagens, desafios e papel na transição energética

As diferentes formas de energia oceânica compartilham uma série de características. vantagens estratégicasTrata-se de recursos renováveis, com impacto praticamente nulo nas emissões de gases de efeito estufa durante sua operação e que, em certos casos (marés e correntes), oferecem previsibilidade e regularidade muito valiosas para o sistema elétrico.

A energia marinha também pode ajudar. diversificar a matriz energética Para os países costeiros, é necessário reduzir a dependência de combustíveis fósseis importados, criar cadeias de valor industrial associadas à construção e manutenção de equipamentos marítimos e aproveitar o conhecimento acumulado em outros setores offshore, como petróleo e gás ou energia eólica offshore.

No entanto, sua implantação em larga escala ainda enfrenta desafios. desafios importantesEsses fatores incluem altos custos de investimento e operação, condições ambientais marinhas extremas (corrosão, ondas, bioincrustação), a necessidade de garantir a compatibilidade com ecossistemas sensíveis e atividades tradicionais (pesca, navegação, turismo) e a concorrência com outras fontes de energia renováveis ​​já estabelecidas e cada vez mais baratas.

Na esfera tecnológica, aspectos como o maior confiabilidade do dispositivo, o projeto de soluções modulares e de fácil manutenção, o aprimoramento de sistemas de amarração e ancoragem, ou a integração de armazenamento de energia que permite suavizar a variabilidade de recursos como as ondas.

Olhando para o futuro, espera-se que a combinação de inovação tecnológica, economias de escala e quadros regulatórios favoráveis ​​permita que a energia marinha ocupe um lugar cada vez mais importante no setor energético. transição para um sistema energético de baixo carbonoespecialmente em países com extensas linhas costeiras e acesso a bons recursos marinhos.

O poder do oceano oferece uma gama de soluções, desde as clássicas usinas de energia das marés até as mais avançadas turbinas de corrente, incluindo usinas de energia das ondas, usinas de energia térmica oceânica e projetos de energia azul; se a atual barreira econômica e tecnológica for superada, essas alternativas poderão se tornar um pilar estável e complementar a outras energias renováveis ​​mais consolidadas.