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A RELEVÂNCIA DOS MATERIAIS NAS ENERGIAS

RENOVÁVEIS MARINHAS

OS MATERIAIS E O MAR 24-04-2014

ANTONIO SARMENTO

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SUMÁRIO

O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES

PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?

ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS

PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL

CONCLUSÕES

24-04-2014 Os Materiais e o Mar

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Instituições I&D

WAVEC

• Associação privada sem fins-

lucrativos; desde 2003

• Missão: acelerar a introdução das

energia renovável marinha no mercado

• Associados:

•Energia das Ondas

• Correntes de Maré

• Energia das Marés

• Gradiente Salino

• Energia Eólica Offshore

• Biomassa Marinha

Empresas Energia

Empresas de Engenharia

• Gradiente Térmico

22-05-2013 Mares da Lusofonia

http://www.consulmar.pt/

http://kymaner.com/

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LONGO HISTORIAL DE PROJECTOS DE I&D

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Road-map

CORES

EQUIMAR

WAVETRAIN2

OceaNET

WAVEPORT

SURGE

AquaRET2

SOWFIA

FAME

DEMOWFLOAT

KIC InnoEnergy Project OTS

WEAM

MARINET

TROPOS

OTEO

SI Ocean

Atlantic Power Cluster

• Uma gama aalargada de projectos

• Mais de 100 parceiros internacionais

• Foco em novas, ferramentas, metodologias, serviços e produtos

Projectos Comunitários

Projectos Nacionais 24-04-2014 Os Materiais e o Mar

http://www.wavec.org/index.php/29/cores/

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CONSULTORIA À ESCALA MUNDIAL

Inst. Costariquense de Electricidade

Projectos I&D 70%

Consultoria 24%

Quotas 6%


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MIGUEL LOPES

Monitorização & Tecnologia

NUNO MATOS

Políticas Públicas & Disseminação

ALEX RAVENTOS

Economia & Industria

MARCO ALVES

Modelação Numérica

TERESA SIMAS

Ambiente Marinho

Abordando todos os aspectos da energia renovável marinha

COMPETÊNCIAS ABRANGENTES


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SUMÁRIO





CONCLUSÕES


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O PROBLEMA DA SEGURANÇA DE ABASTECIMENTO DE ENERGIA

População Mundial: o 1950: 2,5 mil milhões

(1KW) o 2012: 6,7 mil milhões

(2,5 kW) o 2050: 9,2 mil milhões

(3,4 kW)

Gás de Xisto ajuda, mas não resolve o problema

Vamos necessitar de todas as fontes de energia, mesmo se mais caras!

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

5

10

15

20

25

30

35

40

(TW

)

0

= 3.4

kW

Oil

Gas

Coal

U

RE

IEA 2012 Forecast

= 2.5

kW

= 1 kW

Sources: BP – Statistical Review 2012; UN – State of World

Population 2013, IEA – Key Energy World Statistics 2012

O Problema Energético do Mundo


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O PROBLEMA DO IMPACTE NAS ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS

A libertação de Gases com Efeito de Estufa pode ter um impacte importante nas alterações climáticas

É irresponsável não implementar medidas de mitigação das alterações climáticas a um custo razoável!

1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150

5

10

15

20

25

30

35

40

(TW

)

0

= 3.4

kW

Oil

Gas

Coal

U

RE

IEA 2012 Forecast

= 2.5

kW

= 1 kW CO2

CO2

CO2 CO2

CO2 CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2

CO2 CO2

CO2 CO2

CO2

CO2

CO2

O Problema Energético do Mundo


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EVOLUÇÃO NO INVESTIMENTO MUNDIAL EM ENERGIAS RENOVÁVEIS

China responsável por 25% do investimento total mundial

Investimento dos países em desenvolvimento cresce mais rapidamente (46% to total em 2012)

0

50

100

150

200

250

300

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Global Trends in Renewable Energy Investment 2013, Bloomberg New Energy Finance, http://www.fs-unep-centre.org

Fotovoltaico (140 mM€) e Eólico (80 mM€) dominam o investimento

INVESTIMENTO GLOBAL EM ENERGIA

RENOVÁVEL


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Oceanos: um enorme recurso – 275.500

TWh/y Ondas (44,000 TWh/y)

Correntes de

marés: energia em

correntes elevadas

(2,200 TWh/y)

Amplitude de maré: energia potencial entre

maré alta e maré baixa

(300 TWh/y)

Marés

Gradiente Térmico

(OTEC): diferença de

temperatura entre águas

profundas e de superfície

(33,000 TWh/y)

Gradiente salino: diferencial de pressão

osmótica entre água

doce e água salgada

(energia osmótica)

(20,000 TWh/y)

Fontes

Hidrotermais

Eólico Offshore: um

recurso eólico explorado no

oceano (176,000 TWh/y)

Biomassa Marinha: culturas de macroalgas para

produzir biocombustívies

Consumo Mundial de Energia: 140,000 TWh/y

Potencial económico (5%) ~ consumo de energia elétrica


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PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIA

RENOVÁVEL OFFSHORE?

• Segurança de abastecimento

• Controlo do custo da energia

• Controlo das alterações climáticas

• Desenvolvimento de nova tecnologia

• Desenvolvimento económico

• No caso da Energia dos Oceanos:

Desenvolvimento da Economia do Mar

12-04-2014 Fórum Mecânica, IST

13

SUMÁRIO





CONCLUSÕES


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Energia Eólica Offshore em águas pouco

profundas

15

2013 European Offshore Statistics

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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE PRODUÇÃO DE

ENERGIA

Electrical

Infrastructure

15%

Operation and

Maintenance

25%

Support

Structure

24%

Engineering

and

Management

3%

Turbine

33%


17

Progressão para águas mais profundas

Source: NREL


18

Progressão para águas mais profundas


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Protótipo de 2.3 MW desenvolvido pela Siemens e StatoilHydro. Instalado na Noruega em 2009 e ainda operacional (águas com 220 m de profundidade, 12 km offshore).

Eólico Offshore Flutuante: HyWind

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Protótipo de 2.0 MW desenvolvido pela EDP, PPI e Siemens.

Eólico Offshore Flutuante: WindFloat

Instalado na Aguçadoura em 2011 e ainda operacional (águas com 43 m de profundidade, 6 km offshore).


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DESAFIOS PARA O EÓLICO

OFFSHORE

Aumento potência das turbinas: 5 para 10, 20

MW aumento diâmetro fadiga

Maiores profundidades: 20 m para 120 m

Maior distância a terra (~100 km)

Reduzir custo O&M (25%): Materiais auto-regenerativos

Materiais auto-sensoriais

Materiais mais resistentes à fadiga

Materiais mais baratos e leves


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TECNOLOGIAS DE CORRENTES MARÍTIMAS TECNOLOGIAS LÍDER

MCT Seagen 1,2MW, Irlanda do Norte (2008)

Turbina Open Hydro 1MW na Bay of Fundy (2010)

ORPC 60kW Beta TGU em Cobscook Bay (2010)

PS 100 no Estuário de Humber (2009)

SR 250 no EMEC (2011)

500kW TGL no EMEC (2010)

6x30kW FreeFlow 5m instalada em NY (2006)

1ª turbina Voith Hydro na oficina em Heidenheim

Conceito Minesto Deep-Gen

Instalação HS300 em Kvalsund (2003)

AK-1000 no EMEC (2010)

Turbina Clean Current (Alstom Hydro) em Race Rocks (2006)


http://www.google.es/imgres?q=scotrenewables+sr+250&um=1&hl=es&sa=N&rls=com.microsoft:es:IE-Address&rlz=1I7ACAW_enPT346PT346&biw=1117&bih=626&tbm=isch&tbnid=fYdC2HQnfaw31M:&imgrefurl=http://www.industryeurope.net/ViewArticleNew.aspx?taid=4361&docid=0oztDF4kpUnF7M&imgurl=http://www.industryeurope.net/Images/ArticleImages/The-33m-long-SR250-prototype-includes-MacArtney-infrastructure-(2).jpg&w=685&h=315&ei=T1odT6uJIM-XOue4-JYL&zoom=1

http://verdantpower.com/wp-content/gallery/album-1/150400014_t1lowlg_300dpi_001.JPG

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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE

ENERGIA NAS CORRENTES DE MARÉ

Eólica Ondas Correntes

Estrutura Estrutura

Eq. Potência

Turbina

Instalação

O&M O&M

Correntes de maré


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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS

CORRENTES MARÍTIMAS

Aumento potência das turbinas: 1 para 5 MW

aumento diâmetro fadiga

Reduzir custos de instalação (33%)



Materiais mais resistentes à fadiga

Materiais e proteções mais resistentes à corrosão


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ENERGIA DAS ONDAS: CONCEITOS

OWC

Corpos oscilantes Galgamento

Deformáveis – Agregado compacto


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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE

ENERGIA NAS ONDAS

Eólica Correntes

Estrutura Estrutura

Eq. Potência

Turbina

Instalação

O&M O&M

Ondas


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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS

Aumento de fiabilidade Materiais mais resistentes à fadiga (3 milhões de ciclos/ano)

Aumento do tempo de vida dos anéis de vedação para cilindros

hidráulicos



Materiais e proteções mais resistentes à corrosão

Aumento da eficiência Materiais deformáveis para sintonia com as ondas

Materiais deformáveis para aumento de sobrevivência


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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS

Redução de custos Materiais mais baratos

Aumento de sobrevivência por submersão em caso

de tempestade Materiais deformáveis capazes de resistir ao aumento de

pressão

Materiais funcionais Membranas deformáveis

Materiais para fins de curso

Cabos resistentes a esticões

Polímeros eletroativos em substituição do equipamento de

potência

Fluidos eletroativos para produção direta de eletricidade


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FASES DE DESENVOLVIMENTO DO MERCADO

(EÓLICO FLUTUANTE E CORRENTES DE MARÉ

2015

• Demonstração técnica (Fiabilidade e sobrevivência)

2018

• Demonstração pré-comercial (Custos e Produção de Energia)

2022 • Exploração comercial (Tarifa

subsidiada)

Ondas um pouco mais atrasadas (3 a 5 anos) 24-04-2014 Os Materiais e o Mar

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SUMÁRIO



PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL.

CONCLUSÕES


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Placa oscilante Coluna de água oscilante

Absorvedor pontual

Energia das ondas: Central

do Pico (1999) – 450 kW


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Absorvedor pontual

Energia das ondas: AWS (Aguçadoura

2004) – 2.000 kW


33


Absorvedor pontual

Energia das ondas: Pelamis

(Aguçadoura 2008) – 3 x 750 kW


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APRIL 10TH, 2012 One Year Storm - design limits

Hs = 7 m, Hmax = 11m Wavg = 30kts, Wmax = 40kts

35


Absorvedor pontual

Energia das ondas: Waveroller

(Peniche 2012) – 3 x 100 kW


36

Ensaios à escala 1:16

NAREC, UK, Sept-Oct 2012

37

ENERGIA DAS ONDAS:

CORPOWER

Concepção,

simulação

numérica e

experimental


38

SUMÁRIO

WAVEC OFFSHORE RENEWABLES



PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL.

CONCLUSÕES


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DESAFIOS E OPORTUNIDADES

Materiais funcionais Polímeros eletroativos

Membranas e materiais deformáveis

Materiais estruturais Materiais auto-regenerativos


Materiais resistentes à fadiga

Proteção à corrosão

Materiais baratos


GRANDE OPORTUNIDADE DE

CONTRIBUIÇÃO:

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