Como funciona: Energia Marítima

Você já foi à praia e ficou pensando como aquela quantidade de água se movimenta? Ou como esse movimento podia ser aproveitado de alguma forma? Se não, a gente vai te contar agora que isso é possível!

História

A ideia de extrair a energia acumulada nos oceanos, utilizando a diferença da maré alta e da maré baixa, até que não é nova. Já no século XII havia na Europa moinhos submarinos, que eram instalados na entrada de estreitas baías e o fluxo e o refluxo das águas moviam as pedras de moer. Mas os pioneiros da exploração moderna das marés foram os habitantes de Husum, pequena ilha alemã no mar do Norte. Ali, por volta de 1915, os tanques para o cultivo de ostras estavam ligados ao mar por um canal onde turbinas moviam um mini gerador elétrico durante a passagem da água das marés; a eletricidade assim produzida era suficiente para iluminar o povoado.

Estação de energia das marés La Rance (Norte de França)

Muito mais tarde, em 1967, os franceses construíram a primeira central maremotriz (ou maré motriz, ou maré – elétrica; ainda não existe um termo oficial em português), ligada à rede nacional de transmissão. Uma barragem de 750 metros de comprimento, equipada com 24 turbinas, fecha a foz do rio Rance, na Bretanha, noroeste da França. Com a potência de 240 megawatts (MW), ou 240 mil quilowatts (kW), suficiente para a demanda de uma cidade com 200 mil habitantes, a usina de Rance é a única no mundo a produzir, com lucro, eletricidade em quantidade industrial a partir das marés.

O exemplo francês estimulou os soviéticos em 1968 a instalar perto de Murmansk, no mar de Barents, Círculo Polar Ártico, uma usina piloto de 20 MW, que serviria de teste para um projeto colossal, capaz de gerar 100 mil MW, ou oito vezes mais que a hidrelétrica ltaipu. A usina exigiria a construção de um gigantesco dique de mais de 100 quilômetros de comprimento. Mas a ideia foi arquivada quando se verificou que seria economicamente inviável. O desenvolvimento de um novo tipo de turbina, chamada Straflo (do inglês, straight flow, fluxo direto), permitiu reduzir em um terço os custos de uma usina maremotriz.

Baía de Fundy, na fronteira dos Estados Unidos com o Canadá.

Os canadenses foram os primeiros a empregá-la. Em 1984, acionaram uma usina experimental de 20 MW, instalada na baía de Fundy (na fronteira com os Estados Unidos, na costa Leste), onde o desnível de 20 metros entre as marés é o maior do mundo (na usina de Rance, por exemplo, a diferença é de 13,5 metros). Se os testes forem satisfatórios, até o final do século poderá ser construída na baía de Fundy uma usina maremotriz de 5 500 MW. No Brasil, que não prima por marés de grande desnível, existem três lugares adequados à construção dessas usinas, relaciona o professor Reyner Rizzo, do Departamento de Oceanografia Física da Universidade de São Paulo: na foz do rio Mearim, no Maranhão, na foz do Tocantins, no Pará, e na foz da margem esquerda do Amazonas, no Amapá. “O impacto ambiental seria mínimo”, explica Rizzo, “pois a água represada pela barragem não inundaria terras novas, apenas aquelas que a própria maré já cobre.”

Como funciona?

Energia maremotriz

A energia maremotriz é gerada por meio do movimento de marés (mudanças no nível do mar durante o dia), que é causado pela força gravitacional do Sol e da Lua. Quando afuniladas em baías, as marés podem atingir até 20 metros de desnível, como é o caso da baía de Fundy, na fronteira entre Estados Unidos e Canadá.

O sistema utilizado para o aproveitamento energético desses grandes desníveis de água é o de barragens, que consiste na construção de diques que captam a água durante a alta da maré. Essa água armazenada é então liberada durante a baixa da maré, passando por uma turbina que gera energia elétrica (essa parte funciona mais ou menos como nas usinas hidrelétricas). Os tópicos a seguir explicam melhor esse funcionamento.

Esquema demonstrando o funcionamento de La Rance, usina no norte da França.

  1. Maré Alta, reservatório cheio.
  2. Com a maré baixa as comportas são abertas e a água começa a sair, movimentando as pás das turbinas e gerando eletricidade.
  3. Maré baixa, reservatório vazio.
  4. Com a maré alta as comportas são abertas e a água começa a entrar, movimentando as pás das turbinas e gerando eletricidade.

Dessa forma, uma usina de aproveitamento da energia das marés requer três elementos básicos: casa de força ou unidades geradoras de energia, eclusas, para permitir a entrada e saída de água da bacia, e barragem.

Mas EI, essa energia só pode ser retirada nas baías? Na maioria das vezes, é onde mais temos eficiência na geração de energia, mas também é possível gerar no oceano, por causa dos desníveis presentes no solo abaixo da água.  A água é represada por uma barragem durante o período de maré alta num reservatório instalado no oceano (geralmente próximo ao litoral). No período de maré baixa a água sai e movimenta as turbinas. Um sistema de conversão de energia também se faz necessário para possibilitar a geração de eletricidade.

Energia das ondas

Mais surpreendentes ainda são as especulações sobre o aproveitamento energético do movimento das ondas: em teoria, se fosse possível equipar os litorais do planeta com conversores energéticos, as centrais elétricas existentes poderiam ser desativadas.

Basta pensar que uma onda de 3 metros de altura contém pelo menos 25 kW de energia por metro de frente. O difícil, talvez impossível, é transformar eficientemente toda essa energia em eletricidade — os dispositivos desenhados até hoje são em geral de baixo rendimento. E não é por falta de idéias — desde 1890, somente na Inglaterra foram concedidas mais de 350 patentes a dispositivos para aquela finalidade.

A maioria usa o mesmo princípio: a onda pressiona um corpo oco, comprimindo o ar ou um líquido que move uma turbina ligada a um gerador. Esse sistema está melhor detalhado nos tópicos a seguir:

Esquema demonstrando o funcionamento de uma usina de geração de energia a partir das ondas.

  1. O ar que existe dentro da usina é comprimido quando a água entra no fundo da câmara de concreto, isso acontece no momento da crista da onda. É como se o ar fosse empurrado para cima.
  2. Quando chega ao topo da usina esse ar que foi “empurrado” encontra uma turbina e a faz girar como se fosse um cata-vento. A turbina fica acoplada num gerador que faz a conversão da energia mecânica do giro em energia elétrica.
  3. No momento da base da onda, quando o nível da água abaixa, o volume de ar na câmara se expande, é como se esse ar fosse “sugado” para baixo. De novo o movimento do ar faz com que a turbina gire e o gerador faz a conversão do giro em eletricidade.

 

 

 

Morild 2 – Usina de Energia Maremotriz da Noruega

Com esse processo, a central experimental de Kaimei, uma balsa de 80 por 12 metros, equipada com turbinas verticais, funciona desde 1979 em frente à costa japonesa, produzindo 2 MW de potência. Na Noruega, cujo litoral é constantemente fustigado por poderosas ondas, foi construída em 1985 uma minicentral numa ilha perto da cidade de Bergen, na costa Oeste. Ao contrário do sistema japonês, o equipamento não flutua no mar, mas está encravado numa escarpa. Produz 0,5 MW, o suficiente para abastecer uma vila de cinqüenta casas.

 

 

 

 

Usinas no Brasil

Considerado uma fonte estratégica para todo o mundo e, principalmente, para o Brasil, o mar vem chamando a atenção de especialistas em energia, que já testam e implantam algumas alternativas de geração, como a usina de ondas.

Localizada no quebra-mar do Porto de Pecém, a 60 km de Fortaleza, temos a primeira usina de ondas da América Latina responsável pela geração de energia elétrica por meio do movimento das ondas do mar. Com tecnologia 100% nacional, a estimativa é de que o equipamento de baixo impacto ambiental esteja completamente pronto para funcionar até o ano de 2020. Veja mais sobre no vídeo abaixo.

O projeto dos pesquisadores da Coordenação dos Programas de Pós-Graduação de Engenharia (COPPE), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), é financiado pela Tractebel Energia, dentro do programa de P&D da Aneel, e conta com apoio do Governo do Estado do Ceará. O custo estimado é de R$ 18 milhões.

Deverão ser gerados 100 quilowatts (KW) para o abastecimento de energia do principal porto cearense. Ou seja, é possível abastecer cerca de 60 famílias.

Mas como funciona essa usina com tecnologia brasileira? Os tópicos a seguir explicam o funcionamento do sistema desde as ondas, até a geração de energia elétrica.

Usina de geração de energia a partir das ondas no litoral do Ceará.

  1. O método utiliza o sobe-e-desce das ondas para a geração de energia, isso começa com uma sequência de ondas que se aproximam da usina, nesse caso a usina está instalada a 3 km da costa. A ondulação mexe com os flutuadores, cascos de aço que acompanham os movimentos realizados pelas ondas.
  2. O movimento desses flutuadores começa uma reação em cadeia e para começar eles impulsionam os braços mecânicos. Os braços por sua vez fazem o acionamento das bombas hidráulicas que acabam sugando a água que está num reservatório. Isso faz a turbina rodar para gerar energia.
  3. Devido a sucção das bombas hidráulicas a água do reservatório é bombeada com alta pressão por um sistema de tubos até que chega à câmara hiperbárica.
  4. Essa câmara funciona como um tanque que retém a água que foi bombeada durante alguns segundos. Com essa retenção a pressão da água aumenta e na extremidade da câmara a água pressurizada sai por um buraco pequeno. Assim um jato é liberado com força equivalente à de uma cachoeira com 500 metros de altura.
  5. O jato pressurizado faz com que a turbina gire e isso gera energia mecânica. Na sequência essa energia faz o acionamento de um gerador em que ela é convertida em eletricidade.

 

Vantagens

  1. Trata-se de uma fonte de energia inesgotável, renovável e limpa.
  2. A constância e previsibilidade da ocorrência das marés.
  3. Os riscos ao meio ambiente são mínimos.
  4. O volume de água do mar é grandioso, o que permite a geração de uma grande quantidade de energia elétrica.
  5. É uma alternativa para países que por diversos motivos não podem gerar energia elétrica através de outras formas.
  6. Não necessita de equipamentos muito sofisticados, com diversos processos envolvidos até a obtenção da energia elétrica.

 

Desvantagens

  1. A geração de energia das marés depende do vento e das condições do mar e, portanto, não há certeza de que os resultados serão positivos.
  2. É necessário um alto investimento inicial para instalação dos equipamentos para geração da energia maremotriz.
  3. As instalações devem ser fortes e sólidas o suficiente para resistirem às tempestades, ao mesmo tempo em que devem ser sensíveis o bastante para captação da energia das marés.
  4. Só é possível instalar centrais de captação de energia das marés em locais que atendam 100% das exigências geomorfológicas.
  5. Pode ocorrer impacto ambiental na implantação do sistema, principalmente com relação ao ecossistema marinho.
  6. Baixo aproveitamento energético – necessárias amplitudes de marés superiores a cerca de 5,5 m para que seja rentável.

 

Curiosidades

  • Em 1966, o primeiro grande projeto de aproveitamento das marés foi construído no rio Rance, na França. Sua média anual das marés é de 8,4 metros de desnível, e possui uma barragem de 710 metros de comprimento. Desde sua criação, a central de energia das marés tem produzido uma média de 600 gigawatts de eletricidade por ano.
  • O grande perigo gira em torno do rompimento das estruturas, seja por furacões, terremotos ou qualquer razão que leva a uma inundação da região costeira. Os riscos ocupacionais também são elevados durante a construção da estrutura da usina, que requer operações abaixo do nível d’água.
  • O potencial teórico da energia marítima é enorme: até 80.000 terawatts por ano apenas para as ondas, quase cinco vezes o consumo de eletricidade anual do mundo, de acordo com a Agência Internacional de Energia.
  • Há quatro maneiras de converter a energia marítima em eletricidade limpa: Energia do movimento das ondas; Energia das correntes marítimas e das marés; Energia da temperatura da água quente e fria; Energia da diferença de pressão entre água doce e salgada.

 

Fontes

 

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