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AVALIAÇÃO DE SÍTIOS PARA O APROVEITAMENTO DOS

RECURSOS ENERGÉTICOS DAS ONDAS DO MAR

Eliab Ricarte Beserra

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE

PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE

JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO

GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA OCEÂNICA.

Aprovada por:

________________________________________________

Prof. Segen Farid Estefen, Ph.D.

________________________________________________

Prof. Carlos Eduardo Parente Ribeiro, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Paulo de Tarso Themistocles Esperança, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Jesualdo Pereira Farias, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Osvaldo Ronald Saavedra Mendez, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

ABRIL DE 2007

Livros Grátis

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ii

BESERRA, ELIAB RICARTE

Avaliação de Sítios para o Aproveitamento dos Recursos

Energéticos das Ondas do Mar [Rio de Janeiro] 2007

XIV, 198 p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc.,

Engenharia Oceânica, 2007)

Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE

1. Energia das Ondas

2. Energias Renováveis

3. Fontes Alternativas

4. Oferta de Energia

5. Geração de Energia

6. Impactos Ambientais

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

iii

“… e aquilo que se revelará aos povos surpreenderá a

todos, não por ser exótico, mas pelo fato de poder ter

sempre estado oculto quando terá sido o óbvio.”

(Caetano Veloso)

iv

Dedicatória

Izabel,

“Sol do meu dia, norte do meu azimute, estrela da minha manhã.”

(Miguel de Cervantes)

Ao Estado do Ceará,

A grata satisfação de um de seus filhos em retribuir um pouco do que recebeu de

sua sociedade.

v

Agradecimentos

À Glace “Linda” Farias da Costa, sem esquecer seu profissionalismo, pela

cumplicidade de sua amizade ao longo destes dezessete anos.

Professor Segen Farid Estefen pela orientação, amizade, visão e completa

sensibilidade das condições necessárias para a realização de feitos, razões que

justificam seu sucesso, carisma e competência.

Aos professores Parente e Paulo de Tarso pela valorosa contribuição na formatação

de abordagem dessa tese.

À Secretaria de Infra-Estrutura (SEINFRA) do Governo do Estado do Ceará e à

Ceará Portos, e seu corpo técnico, pelos dados de ondas, informações gerais e

empenho para implantação do protótipo nos seus domínios. Em especial ao amigo

Eduardo Ney Cardoso, peça fundamental em todo este processo.

À Diretoria da “Making Waves”, Marcelo e Paulo, pelo compartilhamento dos

sonhos, responsabilidades e resultados dos esforços conjuntos.

Ao LTS, personificado por seus administradores, funcionários e corpo técnico, pelas

condições propiciadas ao pleno desenvolvimento da pesquisa.

Aos amigos e colegas, pelo suporte emocional de sempre, pelo seu respeito e

admiração àquilo que nos propomos fazer, quando ao final de mais uma etapa de

vida conferem à alma uma sensação de realização.

À ANP e Eletrobrás pelo fomento e estipêndio dos estudos.

vi

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.)

AVALIAÇÃO DE SÍTIOS PARA O APROVEITAMENTO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS

DAS ONDAS DO MAR


Abril / 2007

Orientador: Segen Farid Estefen

Programa: Engenharia Oceânica

O estudo trata do desenvolvimento de sítios para exploração energética da

energia das ondas do mar. Para tanto explora as macro questões que envolvem

uma localidade que pretenda domiciliar uma usina de ondas. Assim, torna-se

obrigatório o adequado entendimento do recurso energético das ondas, dos

processos litorâneos envolvidos e dos aspectos econômico-financeiros da

implantação de aparatos.

A pesquisa tem aplicação no caso prático da implantação da primeira usina de onda

das Américas. Esse estudo é uma iniciativa pioneira com contribuição relevante

para a ciência de energia das ondas e para a sociedade brasileira, diante do futuro

energético pessimista ao redor do mundo, pela ajuda no desenvolvimento de oferta

de energia a partir de um recurso energético renovável no país, diminuindo sua

distância tecnológica diante dos países pioneiros nessa tecnologia.

vii

Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

SITE EVALUATION FOR USE OF SEAWAVE ENERGY RESOURCES


April / 2007

Advisor: Segen Farid Estefen

Department: Oceanic Engineering

The study draws the development of sites for sea waves energy exploitation.

Thus it explores the macro issues involving sites for sea wave energy plant

purpose. The adequate agreement of the energy resource of the waves, the

involved littoral processes and the economic & financial aspects of the device

deployment becomes obligated issues.

This research has practical application to the deployment case of the first wave

energy plant of Latin America and makes this study a pioneering initiative with

relevant contribution to the sea wave renewable energy science and to the Brazilian

society, in front of a future pessimist energy demand worldwide, by the contribution

in developing a renewable resource supply option decreasing the technical gap

between the pioneer countries studying this technology.

viii

ÍNDICE

1 Introdução 1 2 O Cenário Energético Mundial 6

2.1 Contexto Internacional de Energia 7

2.1.1 A Oferta de Energia 7 2.1.2 O Consumo de Energia 10

2.2 Contexto Nacional 14 2.2.1 Termelétricas 21 2.2.2 Energia Nuclear 22 2.2.3 Energias Renováveis 25

3 Marcos Legais e Regulatórios 33 3.1 Leis Internacionais 34

3.2.1 Direito do Mar 34 3.2.2 Questões Ambientais 38

3.2 Leis Nacionais 38 3.2.1 Direito do Mar no Brasil 38 3.2.2 Licenciamento Ambiental 40 3.2.3 Órgãos Envolvidos no Mercado de Energia Brasileiro 43

3.3 A Experiência de Outros Países 44 3.4 Planejamento Político das Energias Renováveis do Mar 54

4 Avaliação de Sítios 60

4.1 Fatores de Localização 61 4.2 Levantamento de Campo 65

4.2.1 Controle de Posicionamento 66 4.2.2 Batimetria 67 4.2.3 Reflexão e Refração do Substrato 68

4.3 Amostragem do Solo 70 4.4 Localização e Identificação de Objetos no Leito Marinho 71 4.5 Levantamentos Especiais 72 4.6 Processo para Avaliação e Seleção de Sítios 72

4.6.1 Processo de Avaliação 73 4.6.2 Resultado 74

ix

5 Impactos Ambientais da Exploração da Energia das Ondas 78 5.1 O Ambiente Marinho e Costeiro do Brasil 80 5.2 Impactos dos Aparatos sobre o Ambiente 81

5.2.1 Impactos Biológicos 81 5.2.2 Impactos Físicos 84

5.3 Impactos do Ambiente Sobre os Aparatos 101 5.3.1 Organismos da Vida Marinha 101 5.3.2 Ventos 105

5.3.3 Assoreamento 106 5.3.4 Correntes Marinhas 106 5.3.5 Cabos e Tubulações Submersas 107

5.4 Conflitos de Interesse 107 5.4.1 Áreas de acesso restrito ou proibido 108 5.4.2 Áreas de Usos Conflitantes 112

5.5 Aceitação Pública 119 5.5.1 Estratégias para Aceitação Pública 122

5.6 Benefícios da Energia das Ondas 125 5.6.1 Vantagens Estratégicas 125 5.6.2 Proximidade das Populações 125

6 Caracterização do Recurso Energético das Ondas do Mar 127

6.1 Circulação Atmosférica 129

6.1.1 Aspectos Gerais 129 6.1.2 Células de Circulação 133

6.2 As Ondas de Gravidade 138 6.3 Influência dos Sistemas de Circulação na Climatologia Local 143

6.3.1 Fonte de Dados – Campanha de Medição 149 6.3.2 Resultados 150 6.3.3 Técnica Espectral para Análise Direcional de Ondas 161

7 Aspectos Econômicos da Energia das Ondas 173 7.1 Fator de Capacidade Anual (FCA) 175 7.2 Custo de Geração 175

7.2.1 Custo de Investimento 176 7.2.2 Custo de Operação e Manutenção (O & M) 177 7.2.3 Custo de Combustível 177

7.3 Comparação Regional 177 8 Conclusões ____________________________________________ 180

9 Considerações Finais e Recomendações __________182

10 Referências Bibliográficas _____188

Anexo

x

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1: Estrutura da Oferta Mundial de Energia 9

Figura 2.2: Consumo Mundial de Energia per Capita 10

Figura 2.3: Aumento do Consumo de Eletricidade 11

Figura 2.4: Divisão da Oferta Interna de Energia 16

Figura 2.5: Consumo Brasileiro de Energia Segundo Setor da Economia 19

Figura 2.6: Consumo Brasileiro de Energia Segundo a Fonte 20

Figura 2.7: Evolução das Energias Renováveis, Nuclear e Fóssil 26

Figura 3.1: Limites dos Espaços Marítimos 37

Figura 3.2: Mapa Base para Licenciamento Ambiental – Petróleo e Gás 42

Figura 4.1: Seqüência de Atividades de Implantação 76

Figura 5.1: Sedimentação por Trás de Obras Costeiras 86

Figura 5.2: Processo de Transporte e Hidrodinâmico em Obras Costeiras - Conceito 86

Figura 5.3: Efeito Negativo da Alteração da Linha de Costa – Barra do Furado / RJ 87

Figura 5.4: Efeito Positivo da Alteração da Linha de Costa 88

Figura 5.5: LIMPET Antes da Instalação do Sistema de Atenuação de Ruído 90

Figura 5.6: LIMPET – Sistema de Atenuação de Ruído 91

Figura 5.7: LIMPET – Após Instalação do Sistema de Atenuação de Ruído 92

Figura 5.8: Evolução Conceitual da Usina Piloto Islay 150 para Limpet 500 96

Figura 5.9: Experimento para Incremento da Altura da Onda por Alteração Batimétrica 116

Figura 5.10: Incremento da Altura da Onda por Alteração Batimétrica 116

Figura 5.11: Vista Superior da Região de Contato da Onda com o Fundo Modificado 117

Figura 5.12: Gráfico do Perfil de Onda em Fundo Modificado 117

Figura 5.13: BRASIL – Densidade Demográfica 126

Figura 6.1: Eficiência de Determinados Aparatos Devido a Característica das Ondas 128

Figura 6.2: Variação do Ângulo de Incidência dos Raios Solares 130

Figura 6.3: Formação do Ciclone 131

Figura 6.4: Célula de Circulação Atmosférica Simplificada 131

Figura 6.5(a): Sistema dos Vetores de Forças 132

Figura 6.5(b): Comportamento das Forças nas Isóbaras 132

Figura 6.5(c): Deflexão dos Ventos 132

Figura 6.6: Células de Circulação Formadas pela Ação da Força de Rotação da Terra 133

Figura 6.7: Formação do Anticiclone 134

Figura 6.8: Integração dos Sistemas de Alta Pressão e Baixa Pressão 135

Figura 6.9: Origem das Estações Climáticas 137

Figura 6.10: Transferência de Energia do Vento para o Mar 138

Figura 6.11: Características de uma Onda 139

Figura 6.12: Espectro de Ondas - Evolução de Onda sob Vento Contínuo 141

Figura 6.13: Área de Geração e Propagação das Ondas de Gravidade 142

Figura 6.14: Espectro dos Movimentos Ondulatórios Marítimos 143

xi

Figura 6.15: Área de Contribuição e Gradientes Térmicos 145

Figura 6.16: Variação do Gradiente de Pressão – Janeiro 146

Figura 6.17: Variação do Gradiente de Pressão – Julho 146

Figura 6.18: Dispersão de Período 154

Figura 6.19: Dispersão T x Direção 154

Figura 6.20: Dispersão de Altura Significativa 154

Figura 6.21: Ocorrência de Hs 155

Figura 6.22: Altura de Onda Média 155

Figura 6.23: Potência em Função de Hs 155

Figura 6.24: Dispersão Hs x Direção 156

Figura 6.25: Dispersão Pw x Direção 156

Figura 6.26: Ocorrência de T 156

Figura 6.27: Período Médio 157

Figura 6.28: Dispersão da Direção 157

Figura 6.29: Ocorrência de Direção 157

Figura 6.30: Potência em Função de T 158

Figura 6.31: Dispersão de Potência 158

Figura 6.32: Potência em Função da Direção 158

Figura 6.33: Ocorrência de Potência 159

Figura 6.34: Potência Média 159

Figura 6.35: Direção Média 159

Figura 6.36: Mapas de Clima Típico ao Longo do Ano – Porto do Pecém 160

Figura 6.37: Histogramas de Contorno Sazonais Hs x Tp 163

Figura 6.38: Histogramas de Contorno Sazonais Hs x Dp 164

Figura 6.39: Espectro Direcional de Ondas – Janeiro de 2001 167

Figura 6.40: Espectro Direcional de Ondas – Fevereiro de 2001 167

Figura 6.41: Espectro Direcional de Ondas – Março de 2001 168

Figura 6.42: Espectro Direcional de Ondas – Abril de 2001 168

Figura 6.43: Espectro Direcional de Ondas – Maio de 2001 169

Figura 6.44: Espectro Direcional de Ondas – Junho de 2001 169

Figura 6.45: Espectro Direcional de Ondas – Julho de 2001 170

Figura 6.46: Espectro Direcional de Ondas – Agosto de 2001 170

Figura 6.47: Espectro Direcional de Ondas – Setembro de 2001 171

Figura 6.48: Espectro Direcional de Ondas – Outubro de 2001 171

Figura 6.49: Espectro Direcional de Ondas – Novembro de 2001 172

Figura 6.50: Espectro Direcional de Ondas – Dezembro de 2001 172

Figura 7.1: Evolução do Custo de Geração da Usina 174

Figura 7.2: Gráfico de Custo de Geração de Energia Eólica no Ceará x FCA 179

xii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1: Oferta de Energia Primária 8

Tabela 2.2: Consumo Mundial de Energia por Vetor de Energia 15

Tabela 2.3: Geração de Energia Elétrica 17

Tabela 2.4: Evolução dos Principais Parâmetros do Mercado de Energia Nacional 17

Tabela 2.5: Usinas Nucleares no Mundo 24

Tabela 2.6: Potência Instalada - Energia Hidroelétrica 28

Tabela 2.7: Potência Instalada – Energia Eólica (MW) 29

Tabela 2.8: Potência Instalada – Energia Solar (KW) 31

Tabela 2.9: Produção de Etanol 32

Tabela 3.1: Legislação Aplicável no Brasil 53

Tabela 4.1: Fatores Atmosféricos 61

Tabela 4.2: Fatores Oceanográficos 62

Tabela 4.3: Fatores Geológicos e Geofísicos 63

Tabela 4.4: Fatores Geotécnicos 63

Tabela 4.5: Fatores da Biota Marinha 63

Tabela 4.6: Fatores Construtivos 64

Tabela 4.7: Fatores Políticos, Demográficos E Geográficos 64

Tabela 4.8: Outros Fatores - Áreas Adjacentes – Mar, Terra e Ar 64

Tabela 4.9: Problemas de Interação Estrutura – Solo 66

Tabela 4.10: Sistema Acústico: Seus Propósitos e Freqüências 69

Tabela 5.1: Emissão de Gases de Efeito Estufa Devido ao Material Utilizado na Usina 100

Tabela 5.2: Principais Agentes de Incrustações e a Intensidade de sua Ação 104

Tabela 5.3: Possíveis Métodos para Prevenção de Incrustações 106

Tabela 7.1: Composição Atual dos Custos de uma Usina de Energia das Ondas 173

Tabela 7.2: Custo Comparativo de Geração de Vetores Energéticos no Brasil 175

Tabela 7.3: Comparação de Geração Ondas x Eólica 178

xiii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro

COPPE – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação em Engenharia

PENO – Programa de Engenharia Naval e Oceânica

LTS – Laboratório de Tecnologia Submarina

SEINFRA – Secretaria de Infra-estrutura do Governo do Estado do Ceará

BP - British Petroleum

BEN/EPE – Balanço Energético Nacional/Empresa de Planejamento Energético

EIA – Energy Infomation Administration (US Dept. Of Energy)

SOx - Dióxido de Enxofre

NOx - Óxido de Nitrogênio

FCA – Fator de Capacidade Anual

ELETRONUCLEAR – ELETROBRÁS TERMONUCLEAR S.A.

CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (ELETROBRÁS)

ELETROBRÁS – CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS S.A.

ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ELETRICIDADE

PCH’s – Pequenas Centrais Hidrelétricas

CNUDM – Convenção das Nações Unidas sobre os Direitos do Mar

ZEE - Zona Econômica Exclusiva

PC - Plataforma Continental

ONU – Organização das Nações Unidas

CNUDM - Conferência das Nações Unidas Sobre o Direito do Mar

IMO - International Maritime Organization

SPU - Secretaria do Patrimônio da União

DPC - Diretoria de Portos e Costa do Ministério da Marinha

IBAMA – Instituto Brasileiro do Meio Ambiente

LEPLAC - Plano de Levantamento da Plataforma Continental Brasileira

CIRM - Comissão Interministerial para os Recursos do Mar

PETROBRÁS – Petróleo Brasileiro S.A.

PNRM - Política Nacional para os Recursos do Mar

ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica

ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico

CCEE - Câmara de Comercialização de Energia Elétrica

MAE - Mercado Atacadista de Energia

ANP - Agência Nacional do Petróleo

DTI – Department of Trade & Industry (Reino Unido)

xiv

INC - Código de Navegação Italiana

ART - Atestado de Responsabilidade Técnica

CREA – Conselho Regional de Engenharia e Arquitetura

DHN - Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil

PIB – Produto Interno Bruto

OWC – Coluna de ar oscilante

LIMPET - Land Installed Marine Powered Energy Transformer

CO2 – Dióxido de Carbono

Cd - Coeficiente de Arrasto

Cm - Coeficiente de Inércia

EIA - Environmental Impact Assessment

ZCIT - Zona de Convergência Intertropical

Hs - Altura Significativa de Ondas

Tp - Período de Onda

Dθ - Direção de Propagação de Onda

Pw – Potência da Onda

DAAT - Directional Analysis with Adaptive Technics

PLEDS - Plotting the Evolution of the Directional Spectrum

1

1 Introdução

A energia das ondas, apesar de ser objeto de discussão há séculos, somente

ganhou importância nas últimas três décadas, devido principalmente, ao

agravamento da crise energética global.

Por tratar-se de tema de desenvolvimento recente são muitas as questões a serem

aprofundadas. As muitas frentes de pesquisa ao redor do mundo têm contribuído

para a proposição de diferentes dispositivos. Este aspecto se deve ao fato de não

existir uma convergência para um único modelo de conversão de energia das

ondas, a exemplo do que ocorre com as demais energias renováveis (eólica, solar,

hidrelétrica, etc.).

Esta característica da energia das ondas é, em parte, fruto da afinidade acadêmica

das equipes de pesquisadores envolvidos e dos sítios de aplicação de seus modelos,

que passam também por questões geomorfológicas e climáticas.

Desde o desenvolvimento da primeira versão do aparato de conversão de ondas

pelo Laboratório de Tecnologia Submarina (LTS) da COPPE/UFRJ, parcerias foram

buscadas no intuito de viabilizar a implantação de um protótipo em escala real. Por

tratar-se de tecnologia embrionária as dificuldades foram muitas e a credibilidade

no seu futuro não era tão perceptível, tendo impactos imediatos na receptividade

do projeto.

Em setembro de 2003 foram iniciados contatos com a Secretaria de Infra-Estrutura

(SEINFRA) do Governo do Estado do Ceará, que lançou o convite para a

apresentação do projeto no dia 03 de dezembro de 2003. Os técnicos da SEINFRA

identificaram semelhanças técnicas com a energia eólica, onde o Estado do Ceará

foi o pioneiro e detinha o maior parque eólico do país, bem como semelhança

estratégica, comparando ao seu pioneirismo de uma década anterior, quando

também contava com a descrença em sua viabilidade.

O engajamento do Estado do Ceará foi total e fundamental para o aumento da

credibilidade e obtenção de apoios de outros parceiros. A SEINFRA disponibilizou

pessoal, dados, infra-estrutura e o sítio para implantação do protótipo, desfazendo

obstáculos até então intransponíveis e culminando na assinatura de um convênio

2

entre COPPE, Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (ELETROBRÁS) e Governo do

Estado do Ceará no dia 02 de fevereiro de 2004.

A batimetria do litoral cearense apresenta inclinação suave e águas profundas só

são encontradas a muitos quilômetros da costa. Este fator, aliado aos registros de

ondas de seis anos no Porto offshore do Pecém/CE apontaram para o seu quebra-

mar de berma como o ponto mais distante da linha de costa no Estado, a uma

profundidade de aproximadamente 17m, compatível com sua atividade portuária.

Características adequadas à instalação do protótipo. Além do que, conta com toda a

estrutura da Ceará Portos, empresa estatal do Estado do Ceará. O protótipo será

implantado em futuro próximo e trata-se de uma iniciativa pioneira com

contribuição para a área de inovação em energias renováveis.

A tese tem como objetivo geral elaborar um trabalho que sirva como referência

para abordagem dos macros critérios de desenvolvimento de usinas para

exploração de energia das ondas, a partir do processo de implantação do primeiro

protótipo de conversão de energia das ondas do mar em eletricidade da América

Latina, caso prático do Porto do Pecém/CE.

A tese tem como objetivos específicos:

• Estudar os principais fenômenos meteorológicos responsáveis pela formação

das ondas no litoral brasileiro e os aspectos importantes na caracterização

de do clima de ondas;

• Contribuir com o conhecimento do clima de ondas no litoral setentrional do

nordeste brasileiro a partir de dados da bóia wave rider direcional instalada

no Porto do Pecém/CE;

• Criar uma base de informações sobre os possíveis impactos ambientais da

exploração das energias renováveis do mar para elaboração de estudos

específicos mais completos quando da implantação de usinas;

• Traçar um paralelo entre os marcos legais e regulatórios existentes na

indústria marítima e sua possível aplicação à exploração da energia das

ondas;

• Evidenciar alguns serviços de engenharia que diferenciam as construções no

mar;

• Apresentar o status comercial do aparato desenvolvido na COPPE e

compara-lo aos vetores energéticos mais comuns no Brasil;

3

• Contextualizar a energia das ondas no mercado de energia elétrica através

do levantamento do estado da arte;

• Reunir literatura aplicável à exploração da energia das ondas e

contextualizá-la à realidade brasileira.

No desenvolvimento de tema sobre uma tecnologia embrionária como a energia das

ondas, e na tentativa de sua inserção no país, se fez uso de uma vasta bibliografia

explorada em diversos graus de intensidade. Assim, os Capítulos de 2 a 5 se

prestam a fundamentar a tese, permeando pelas obras de diversos autores,

originalmente com diferentes objetivos. A revisão bibliográfica realizada, sua

contextualização através da atualização e adaptação à realidade brasileira, por si só

caracterizam contribuição na reunião da literatura aplicável. Certamente que

diversas questões levantadas não foram totalmente esgotadas no âmbito da tese,

porém são contribuições endereçadas a estudos de P & D e para futuras teses,

dissertações e monografias.

Na busca de um melhor entendimento, o Capítulo 2 aborda o cenário energético

mundial à luz de estatísticas recentes da oferta e demanda de energia, incluindo

reflexões sobre o futuro energético no cenário nacional e internacional.

Capítulo 3 descreve os marcos legais e regulatórios relacionados à exploração das

energias oceânicas, evidenciando problemas chaves como as barreiras legais e o

respectivo planejamento na adoção de procedimentos para atendê-los. Para tanto

recorre a experiências relevantes nas indústrias correlatas e afins, na exploração de

atividades no mar e geração de energia elétrica de outras fontes em geral, em

especial nos aspectos que possam ser aplicados às fontes renováveis de energia.

Capítulo 4 compila alguns critérios para a determinação de localidades para

exploração dos recursos energéticos do mar, em especial a energia das ondas.

Resume-se a uma relação de serviços de engenharia aplicada para atendimento de

cuidados especiais em sítios marinhos, estabelecidos com base na boa prática do

mercado profissional. O que se pretende com o capítulo é a otimização do sítio, seja

através da seleção do local mais apropriado ou na identificação de necessidades

complementares de uma localidade para o domicílio de uma usina de energia das

ondas com vistas ao aumento de suas potencialidades de operação.

4

A “Energia das Ondas” detém baixo nível de experiência prática devido ao reduzido

número de plantas e até mesmo pelo tempo decorrente da implantação das

primeiras unidades. Assim, o Capítulo 5 sugere os possíveis impactos de Usinas de

Ondas no ambiente, e do ambiente nos aparatos, recorrendo à percepção ambiental

e social de outras indústrias comparáveis, como base e recomendação para a

elaboração de estudos similares dos impactos de energia das ondas e de diretrizes

para seu desenvolvimento e implantação.

Como ressalta PARENTE (1999), a escassez de leituras das ondas no país faz da

costa oceânica brasileira uma região desconhecida, à luz do seu clima de onda.

Para efeitos de geração de energia elétrica o problema se torna mais delicado, pois

a diferença de poucos centímetros na altura da onda pode significar grandes

diferenças na produção anual de eletricidade.

Desta forma, a caracterização do clima de ondas no litoral setentrional do nordeste

brasileiro, como estudo de caso, vem a ser a principal contribuição deste estudo,

revelando o clima de ondas em uma faixa litorânea brasileira. Desconhece-se

qualquer outra abordagem a este grau de avaliação, com busca para explicações

dos principais fenômenos meteorológicos que influenciam a região em análise.

O Capítulo 6 traz os princípios gerais da circulação atmosférica para identificar os

fenômenos meteorológicos e sistemas circulatórios que influenciam a formação de

ondas no litoral brasileiro. Trata também das ondas de gravidade, como objeto de

exploração para fins energéticos, e os principais conceitos de mecânica das ondas

necessários para uma abordagem mais proveitosa dos princípios introduzidos. Faz-

se uma assimilação dessas teorias e aplicação no litoral brasileiro e nas

particularidades climáticas típicas de cada região. Relata-se a campanha de

medição e aquisição de dados estatísticos utilizados neste estudo e apresentam-se

os resultados obtidos juntamente com as principais justificativas meteorológicas

que explicam os fenômenos presentes.

Haja vista a região do litoral do Ceará sofrer influência dos climas de ondas

oriundos dos dois hemisférios atenção maior é dada à direção de ondas. Para tanto

utiliza uma técnica espectral para análise direcional de ondas, chamada DAAT

(Directional Analysis with Adaptive Techinics), desenvolvida na COPPE/UFRJ por

PARENTE (1999), e tem como objetivo descrever com maior detalhamento o clima

de ondas, em especial a direção de ondas.

5

O Capítulo 7 apresenta, em linhas gerais, a energia das ondas do ponto de vista

comercial, através de um estudo do custo de geração de energia e compara os

resultados aos valores consagrados para os vetores mais comuns no Brasil. Ao

longo dos últimos anos este estudo tem sido utilizado, e atualizado, para

identificação dos pontos maduros e aqueles que precisam ser trabalhados na

otimização do sistema e minimização dos seus custos, revelando-se ferramenta de

referência.

No Capítulo 8 estão as considerações finais. O Capítulo 9 faz as conclusões da tese,

seguido das referências bibliográficas.

Com o propósito de ilustrar os mais importantes princípios de extração de energias

das ondas, bem como o modelo brasileiro desenvolvido pela COPPE/UFRJ, é que o

ANEXO traz um artigo intitulado “Princípios para Implantação da Usina Piloto de

Energia das Ondas e suas Aplicações”, apresentado no VIII Congresso Brasileiro de

Defesa do Meio Ambiente (2005). São abordados também os principais aspectos da

Energia Renovável das Ondas do Mar. A usina piloto do Porto do Pecém é

evidenciada quanto aos parâmetros de sua escolha e possíveis aplicações de uso.

6

2 O Cenário Energético Mundial

O presente capítulo descreve algumas características macro dos mercados nacional

e internacional de energia. O texto descreve o cenário, de forma sucinta, dos

principais aspectos que determinam o contexto atual e, possivelmente, futuro

desses mercados, com o objetivo maior de suprir informações para promover a

inserção dos vetores energéticos renováveis do mar dentro dessa realidade.

Na evolução do gênero humano até a sociedade atual, utilizou-se não só potencial

humano, conhecimento e experiência, mas também recursos naturais, como as

matérias brutas e energia. A distribuição da matéria no planeta é altamente

localizada e a sua utilização, ou o seu produto, é um processo fortemente

dependente. No entanto, as formas aproveitáveis de energia de fontes primárias de

origem bio-orgânica e, especialmente, do seu remanescente fóssil podem ser

convertidas em energia quase que em qualquer lugar (HEIN, 2005).

Desde os primórdios da humanidade até o período da pré-industrialização, a

energia era necessária na forma de alimento e como combustível somente para

propósitos domésticos. Em comparação com os dias atuais, as necessidades

energéticas eram baixas, com uma taxa de crescimento da demanda quase que

paralela àquela da população mundial. Com o início da industrialização a utilização

da energia aumentou e continuou a crescer rapidamente, principalmente devido aos

avanços na produtividade, mobilidade e melhoria no padrão de vida, de forma que

ainda hoje, em determinadas regiões desenvolvidas do planeta, a porção de

energia necessária para as necessidades básicas chega a ser menor que 1% do seu

consumo real total. De fato o consumo mundial de energia cresceu 13 (treze) vezes

no século passado e triplicou desde 1960 até os dias de hoje, crescendo

desproporcionalmente mais rápido que a população (HEIN, 2005).

7

2.1 Contexto Internacional de Energia

2.1.1 A Oferta de Energia

O Sistema energético mundial é um mercado dominado pelos combustíveis fósseis,

onde apenas uma pequena mudança pode ter forte influência no esforço de se

alcançar a sustentabilidade. As energias renováveis, excluindo-se a biomassa

tradicional, representam 4,4% do consumo de energia primária, variavelmente

distribuídas entre os países desenvolvidos e em desenvolvimento.

As fontes não renováveis são predominantes hoje. Combustíveis fósseis (carvão,

petróleo e gás natural) somam aproximadamente 80% da oferta mundial de

energia primária. Energia nuclear representa 6,4% e 11,2% vêm da biomassa

tradicional e 2,1% correspondem às hidrelétricas.

Aproximadamente 1,5 trilhões de dólares são gastos anualmente em energia

primária sem considerar o custo da conversão para energia secundária, tal como a

produção de eletricidade e refino de combustíveis (GOLDEMBERG, 2006). Em

relação à produção mundial de energia elétrica, o carvão continua tendo a maior

participação com 38% seguido das renováveis, principalmente as hidrelétricas, com

20%. E energia nuclear responde por 17%, gás natural por 16% e petróleo por 9%.

Até 2020 espera-se o dobro na produção de eletricidade (SIMS, 2003).

A despeito da atratividade, os combustíveis fósseis são fontes com muitos

problemas difíceis de resolver. Um futuro energético baseado nos combustíveis

fósseis significa persistência dos problemas ambientais em todos os níveis, local,

regional e global, bem como na dependência externa e insegurança de oferta. As

soluções para estas questões passam pelo prolongamento da vida útil das reservas

fósseis e pela utilização das fontes renováveis (GOLDEMBERG, 2006).

A Tabela 2.1 apresenta a oferta mundial de energia primária, por país e região, e o

gráfico da Figura 2.1 apresenta a estrutura de participação de cada vetor na

produção mundial.

8

Tabela 2.1: Produção de Energia Primária (Quadrilhões de BTU)

Fonte: EIA – U.S. Department of Energy

Região 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Brasil 4.51 4.87 5.10 5.52 5.93 6.42 6.21 6.76 7.11 7.21

Canadá 16.83 17.22 17.48 17.43 17.68 18.12 18.02 18.35 18.31 18.62

México 8.03 8.75 9.06 9.31 9.06 9.34 9.54 10.81 10.08 10.31

Estados Unidos 71.13 72.47 72.46 72.84 71.71 71.29 71.91 70.86 70.14 70.39

Venezuela 8.08 8.62 9.48 9.45 8.54 9.37 9.23 8.16 7.32 8.03

Outros 8.55 9.02 9.56 9.82 10.04 10.25 10.55 10.40 11.31 11.93

Total Américas 117.13 120.95 123.14 124.37 122.95 124.80 125.46 125.34 124.26 126.48

França 4.98 5.04 4.94 4.79 4.94 5.04 5.15 5.14 5.16 5.18

Alemanha 5.59 5.49 5.57 5.26 5.31 5.32 5.28 5.30 5.27 5.36

Holanda 2.91 3.25 2.88 2.77 2.56 2.47 2.63 2.61 2.53 2.94

Noruega 8.35 9.26 9.59 9.33 9.53 10.27 10.28 10.69 10.64 10.78

Polonia 3.60 3.83 3.84 3.36 3.51 3.06 3.08 3.09 3.09 3.04

Reino Unido 10.78 11.56 11.33 11.53 11.89 11.09 11.14 10.99 10.60 9.51

Outros 12.89 13.37 13.58 13.62 13.30 13.57 13.85 13.38 13.38 13.79

Total Europa 49.09 51.81 51.72 50.66 51.03 50.82 51.41 51.20 50.67 50.61

Cazaquistão 2.29 2.38 2.44 2.40 2.58 3.24 3.70 4.00 4.36 4.93

Rússia 41.44 41.35 40.38 40.76 42.41 43.37 44.52 45.89 48.85 51.69

Ucrânia 3.62 3.04 3.01 3.04 3.09 3.08 3.08 3.08 3.21 3.24

Outros 4.85 5.14 4.68 4.61 5.10 6.01 6.41 6.49 6.80 6.85

Total Eurásia 52.20 51.91 50.51 50.80 53.18 55.69 57.70 59.46 63.21 66.71

Irã 9.35 9.65 9.84 9.90 10.00 10.40 10.67 10.45 11.36 12.05

Iraque 1.35 1.39 2.60 4.71 5.47 5.62 5.22 4.42 2.84 4.38

Kuwait 4.81 4.94 4.85 5.02 4.60 5.04 4.81 4.58 5.14 5.71

Arábia Saudita 20.66 20.82 21.24 21.42 20.18 21.59 20.95 20.27 23.05 24.16

Emirados Árabes Unidos 6.14 6.34 6.50 6.61 6.25 6.77 6.59 6.50 7.13 7.42

Outros 6.02 6.30 6.69 7.24 7.29 8.06 7.91 8.03 8.09 8.36

Total Oriente Médio 48.33 49.43 51.72 54.88 53.80 57.48 56.16 54.25 57.61 62.08

Argélia 5.13 5.28 5.63 5.75 6.03 6.29 6.26 6.30 7.00 7.14

Líbia 3.23 3.28 3.39 3.26 3.07 3.30 3.21 3.11 3.30 3.61

Nigéria 4.53 4.56 4.85 4.90 4.89 5.18 5.45 5.16 5.71 5.90

África do Sul 4.84 4.86 5.44 5.52 5.43 5.58 5.62 5.52 5.91 6.06

Outros 6.43 6.74 6.85 6.90 7.24 7.50 7.56 7.91 8.18 9.32

Total África 24.15 24.72 26.15 26.34 26.66 27.84 28.10 28.00 30.10 32.04

Austrália 7.42 7.57 8.31 8.66 8.87 9.68 10.27 10.51 10.35 10.56

China 35.46 36.06 37.65 36.37 35.42 36.68 39.97 41.88 48.65 55.95

Índia 9.48 8.75 9.17 9.37 9.58 9.83 10.29 10.10 10.65 11.06

Indonésia 6.97 7.42 7.41 7.56 8.02 7.87 8.09 8.32 8.55 8.84

Japão 4.12 4.23 4.48 4.58 4.36 4.41 4.38 4.06 3.67 4.03

Malásia 2.59 2.84 3.01 3.14 3.16 3.21 3.31 3.44 3.84 4.10

Outros 7.26 7.30 7.48 7.66 8.29 8.83 9.17 9.56 10.15 10.65

Total Ásia e Oceania 73.31 74.17 77.50 77.35 77.70 80.50 85.47 87.87 95.86 105.18

Total Mundial 364.23 372.98 380.75 384.39 385.32 397.13 404.30 406.12 421.71 443.10

9

Figura 2.1: Estrutura da Oferta Mundial de Energia Primária

Fonte: Balanço Energético Nacional 2006 - Empresa de Planejamento Energético

O consumo de energia é irregularmente distribuído entre países desenvolvidos e em

desenvolvimento, com os países em desenvolvimento calcados mais em fontes

renováveis de energia do que as nações ditas desenvolvidas. O consumo de energia

per capita, em muitos países em desenvolvimento, é muito pequeno e

freqüentemente não envolve a eletricidade, já que aproximadamente dois bilhões

de pessoas ao redor do mundo não têm acesso a este bem (GOLDEMBERG, 2006).

Apesar de representar uma pequena contribuição à atual matriz energética

mundial, o uso das novas energias renováveis cresceu mais rapidamente nos

últimos 15 anos, a uma taxa de 3,5% ao ano, do que a oferta total de energia

primária, que cresceu a 2% ao ano. Em particular, as energias eólica e fotovoltaica

superam suas próprias marcas a uma taxa de crescimento de aproximadamente

30%. Prevê-se que até o ano 2020 as ditas novas energias renováveis contribuirão

entre 6,7-12,9% do consumo total de energia. As projeções do papel das

renováveis nos próximos dez ou vinte anos pode parecer modesto, já que não

chegam a representar mais do que entre 10-20% do consumo mundial de energia.

Mesmo assim, se esse nível for alcançado, terá colocado as energias renováveis

como um agente importante na indústria mundial de energia no caminho para uma

maior participação no futuro das energias sustentáveis (GOLDEMBERG, 2006).

A União Européia adotou uma meta de 21% para produção de eletricidade de fonte

renovável e uma diretiva de alcançar 5,75% de biocombustíveis no setor de

transporte até o ano 2010. Essas metas são apenas indicativos e precisam de um

10

arcabouço legal para torná-las efetivas. Os países da América Latina e do Caribe já

alcançaram suas metas de 10% de renováveis, mas no total representam apenas

5% do consumo mundial de energia (GOLDENBERG, 2006).

2.1.2 O Consumo de Energia

HEIN (2005) apresenta uma análise em que os Estados Unidos, com cerca de 5%

da população mundial, consomem 23% de toda a oferta anual de energia primária.

Este resultado, por exemplo, apresenta valor ligeiramente superior a todo o

consumo do continente asiático, com 53% da população, e da União Européia com

6% dos habitantes e com consumo de 15% da oferta de energia. Uma outra

abordagem do seu estudo toma a oferta total de energia primária per capita

fazendo uma média mundial como unidade, da qual os asiáticos precisariam apenas

de 0,4 dessa média, os europeus precisariam um pouco acima de 2,3, os

australianos 3,45 e os norte-americanos mais do que cinco vezes a média mundial.

O Japão é hoje o maior importador de energia do mundo (80% do consumo

interno) seguido da União Européia (50%) e dos Estados Unidos (25%).

A Figura 2.2 ilustra o consumo mundial de energia per capita.

Figura 2.2: Consumo Mundial de Energia per Capita Fonte: BP (2006) - British Petroleum

11

Recentemente a Comunidade Européia decidiu aumentar de 15 para 27 Estados

Membros, um salto populacional de aproximadamente 21%, de 380 milhões para

462 milhões de pessoas. À parte das implicações políticas, regulatórias, econômicas

e sociais a serem equacionadas há obviamente diferenças que acarretarão em

conseqüências para o cenário energético e o setor tecnológico correspondente..

Para a produção (industrial, agrícola, etc.) crescer 3% precisa de um aumento de

12% de energia (insumo) (HEIN, 2005).

Estendendo estas considerações do crescimento da população global ao futuro, ao

lado da intensificação da industrialização e melhoria dos padrões de vida,

especialmente nos países em desenvolvimento, o panorama prevê um crescimento

mais dramático das necessidades de energia primária. Em um cenário hipotético, se

a população mundial crescer nos próximos anos dos presentes 6 bilhões para 8-10

bilhões a energia atual deveria ao menos crescer proporcionalmente. Além do mais,

se as pessoas desejam viver em condições semelhantes àquelas da União Européia,

por exemplo, a necessidade de energia seria de 2,5 a 4 vezes maior que a atual.

Assumindo para o mundo inteiro uma demanda de energia per capita aos padrões

norte-americanos este número pode saltar para algo da ordem de 6,5-8 vezes da

demanda presente (HEIN, 2005).

A Figura 2.3 indica projeções para o aumento do consumo mundial de eletricidade.

Bilhões de KWh

Figura 2.3: Aumento do Consumo de Eletricidade Fonte: EIA – U.S. Department of Energy

Projeções Histórico

12

Tal cenário tem que ser vislumbrado ao lado da disponibilidade de fontes de energia

primária. Até hoje as reservas de combustíveis fósseis satisfazem mais de 80% da

demanda mundial, divididos em carvão (24%), gás (20%) e o petróleo exercendo

papel dominante com aproximadamente 35%. Todas as projeções apontam não

haver tendências de modificação substancial dentro das próximas duas décadas ou

até, provavelmente, por um período mais longo. De qualquer forma a energia fóssil

dispõe de recursos limitados e a exaustão de petróleo e gás é apontada para um

período mais breve que a dos combustíveis fósseis sólidos, por exemplo. O uso de

petróleo e gás alcançará seu pico dentro das próximas duas ou três décadas e

decairá até o final do século devido ao esgotamento das reservas, isto sob a

suposição que nenhuma descoberta substancial adicional seja feita (HEIN, 2005).

Durante este século nossa sociedade se deparará com a contraditória e insolúvel

questão do rápido crescimento da demanda de energia e do encolhimento da

disponibilidade de uma parte vital das atuais fontes de energia primária.

Conseqüentemente, há a necessidade de soluções urgentes, tanto no que diz

respeito à reordenação da demanda de energia como na proposição de alternativas

tecnológicas, por exemplo, a conversão de combustível de forma econômica e a

diversificação da base de energia primária pelo uso de fontes não fósseis (HEIN,

2005).

Aliada a estas questões, há ainda aspectos ligados ao intenso debate sobre os

efeitos das emissões de dióxido de carbono, pelo uso de combustíveis fósseis, no

nosso clima, e o esperado crescimento de procura intensa por fontes primárias de

energia e seu respectivo processo de conversão em energia (HEIN, 2005).

A liberação dos mercados de energia introduzida em vários países teve como

conseqüência o declínio dos preços, impondo necessidade de melhorias nas

tecnologias de conversão de energia, agindo como uma forte pressão nas

tecnologias em uso. Em cenário de modernização, há a necessidade de substituir a

baixa eficiência, questão ambientalmente inaceitável e promotora de instalações de

alto custo. Como exemplo, atualmente na Europa mais de 50% da capacidade das

estações de potência estão com mais de 25 anos. Considerando uma vida útil de 40

anos, isso significa que uma capacidade total de 200.000MW deve ser substituída

dentro das próximas duas décadas somente para continuar satisfazendo a demanda

atual. Isso sem falar em uma capacidade igual que deve ser instalada

concomitantemente para atender o aumento previsto no consumo de eletricidade

13

(HEIN, 2005). A idade da capacidade instalada no Brasil também acompanha essa

tendência européia.

A introdução de soluções viáveis e aceitáveis não é mais uma tarefa somente das

disciplinas da engenharia. Há mais de trinta anos muitos países industrializados

vêm reconhecendo certos efeitos nocivos à saúde humana, à fauna e à flora,

causados pela ação do homem. O assunto é assim endereçado para considerações

políticas e diretivas regulatórias através de movimentos ecológicos. As discussões

recentes mundo a fora, sobre os efeitos dos gases de efeito estufa, intensificou

sobremaneira o envolvimento político e as questões ambientais e energéticas vêm

exercendo uma maior importância nesse meio. Uma política estratégica de energia

sustentável para o futuro deve fazer parte do topo das prioridades que compreende

três demandas essenciais a serem balanceadas: segurança de oferta, proteção

ambiental e competitividade econômica (HEIN, 2005).

Com base no status do conhecimento alcançado dentro da comunidade relacionada

com energia de tecnologia disponível e experimentada, e nas considerações

estratégicas acerca da oferta de energia sustentável para o amanhã, qualquer

atividade futura deve concentrar-se muito além do tempo presente, buscando a

economia de energia e a preservação dos recursos, em paralelo com a proteção

ambiental. Para tanto deverão ser acompanhadas de ações:

• Melhoria da eficiência das tecnologias atuais de conversão de energia;

• Diversificação das fontes primárias de energia;

• Produção centralizada e descentralizada das formas aproveitáveis de energia

deve ser considerada de forma adequada com a disponibilidade do recurso,

requerimentos do mercado e aceitação social e ambiental local/regional;

• Produtos dos processos de conversão de combustíveis devem ser fabricados

sob medida das necessidades do mercado e estendidas para a produção de

combustíveis secundários e demais materiais para outros propósitos;

• Inclusão dos aspectos da utilização específica do produto e de reciclagem.

Estes aspectos tecnológicos devem ser acompanhados por um gerenciamento

rigoroso da demanda de energia e dos recursos, de diretivas trans-regionais e

internacionais consistentes, bem como estratégias de longo prazo.

Nossa sociedade tem que estar convencida, não somente que o ambiente limpo é

importante para um futuro benéfico, mas também que a energia é um bem valioso,

14

os recursos de energia primária utilizados presentemente são limitados e desta

forma é crucial o uso cuidadoso e responsável para a sobrevivência da humanidade

(HEIN, 2005).

A Tabela 2.2 apresenta o Consumo Mundial de Energia por Vetor de Energia, por

país e região.

2.2 Contexto Nacional

A desregulamentação e reestruturação da indústria de energia ao redor do mundo

vêm mudando radicalmente os investimentos no setor de eletricidade dos países

em desenvolvimento, com grande participação do capital privado. Este fator, dentre

outros, vem impondo determinadas pressões sobre essas nações, fazendo-as tomar

importantes decisões em suas políticas energéticas, em curto prazo, a respeito de

suas escolhas das futuras tecnologias de geração de eletricidade (SCHAEFFER &

SKLO, 2001).

No Brasil, reformas no setor têm sido realizadas, principalmente para reduzir os

investimentos governamentais na construção de novas plantas, o risco de colapso

de energia e cortar custos pela introdução da competição na geração de energia.

Com uma estimativa de 180 milhões de habitantes, o Brasil tem a maior população

da América Latina e é o quinto maior país do mundo em extensão territorial. Sua

economia é a maior da América Latina, equivalente à combinação de todos os

outros países da América do Sul. O país é o maior consumidor de energia da

América Latina com um consumo total de energia per capita menor que um décimo

do consumo do líder mundial, os EUA, porém três vezes maior que na Índia e

ligeiramente maior que na China. Sua matriz de energia é dominada

preliminarmente pelo petróleo, hidroeletricidade e pelas outras energias renováveis,

em especial a biomassa, como indicado na figura 2.4.

A figura 2.4 mostra a participação de cada vetor na estrutura da oferta interna de

energia elétrica e a Tabela 2.3 mostra a geração de eletricidade no Brasil em

números absolutos, com a participação de cada fonte na produção, e o consumo

por setor.

15

Tabela 2.2: Consumo Mundial de Energia por Vetor de Energia (Equivalente a milhões de toneladas de petróleo)

Fonte: BP - British Petroleum

2004 2005

Região Petróleo Gás

Natural Carvão Energia Nuclear Hidro

Total 2004

Petróleo

Gás Natural Carvão

Energia Nuclear Hidro

Total 2005

Estados Unidos 948,8 580,5 566,2 187,8 61,4 2344,7 944,6 570,1 575,4 185,9 60,6 2336,6 Canadá 100,6 83,4 30,5 20,5 76,4 311,4 100,1 82,3 32,5 20,8 81,7 317,5 México 85,2 43,8 7 2,1 5,7 143,8 87,8 44,6 6 2,4 6,3 147,2 Total América do Norte 1134,6 707,7 603,7 210,4 143,5 2799,9 1132,6 697,1 613,9 209,2 148,6 2801,3 Argentina 18,7 34,1 0,8 1,8 6,9 62,2 20,1 36,5 0,8 1,6 7,9 66,8 Brasil 81,9 17,1 12,8 2,6 72,6 187 83,6 18,2 13,5 2,2 77 194,5 Chile 11,3 7,5 2,9 - 4,8 26,5 11,9 6,8 2,4 - 5,9 27 Colômbia 10,1 5,7 2 - 9 26,8 10,4 6,1 2,3 - 9 27,8 Equador 6,4 0,2 - - 1,7 8,2 6,6 0,2 - - 1,7 8,4 Peru 7,2 0,8 0,6 - 4 12,4 6,4 1,4 0,6 - 4,3 12,8 Venezuela 24,2 25,3 0,1 - 15,9 65,4 25,4 26,1 0,1 - 17,6 69,2 Outros Américas S & C 58,1 15,4 1,4 - 17,8 92,7 58,8 16,4 1,4 - 18,3 95 Total Américas S & C 217,9 105,9 20,4 4,4 132,6 481,2 223,3 111,7 21,1 3,7 141,7 501,4 Áustria 13,8 8,5 2,4 - 9 33,7 14,2 9 2,5 - 9 34,6 Azerbaijão 4,6 7,7 ^ - 0,6 12,9 5,1 7,9 ^ - 0,7 13,7 Bielo-Rússia 7,5 16,6 0,1 - ^ 24,2 6,7 17 0,1 - ^ 23,8 Bélgica & Luxemburgo 38,4 14,9 6,4 10,9 0,6 71,1 39,5 15,2 6,4 11,1 0,6 72,7 Bulgária 4,7 2,6 7,7 3,8 0,7 19,6 5 2,9 7,4 4,2 0,8 20,3 República Tcheca 9,5 7,8 20,5 6 0,6 44,3 9,9 7,7 20,5 5,6 0,7 44,4 Dinamarca 9,1 4,7 4,6 - ^ 18,3 9,1 4,5 3,6 - ^ 17,2 Finlândia 10,6 3,9 5,3 5,5 3,4 28,6 11 3,6 2,5 5,5 3,1 25,6 França 94 40,1 12,8 101,7 14,7 263,4 93,1 40,5 13,3 102,4 12,8 262,1 Alemanha 124 77,3 85,4 37,8 6,2 330,7 121,5 77,3 82,1 36,9 6,3 324 Grécia 21,3 2,2 9 - 1,2 33,8 20,9 2,3 9 - 1,3 33,5 Hungria 6,3 11,7 3,1 2,7 ^ 23,8 7 12,1 2,7 3,1 ^ 24,9 Islândia 1 - 0,1 - 1,6 2,7 0,9 - 0,1 - 1,6 2,6 Irlanda 8,9 3,6 1,8 - 0,2 14,6 9,4 3,5 1,9 - 0,2 14,9 Itália 89,7 66,2 17,1 - 11,3 184,3 86,3 71,1 16,9 - 9,6 183,9 Cazaquistão 9 13,9 26,5 - 1,8 51,2 10 16 27,2 - 2 55,2 Lituânia 2,6 2,8 0,2 3,4 0,2 9,2 2,7 2,9 0,2 2,3 0,2 8,3 Holanda 46,2 37 9,1 0,9 ^ 93,1 49,6 35,5 8,7 0,9 ^ 94,7 Noruega 9,6 4,1 0,6 - 24,7 39 9,8 4 0,5 - 30,9 45,2 Polônia 21,1 11,8 57,3 - 0,8 90,9 21,9 12,2 56,7 - 0,9 91,7 Portugal 15,4 2,8 3,9 - 2,3 24,3 15,3 2,7 3,8 - 1,1 23 România 10,9 15,7 7,4 1,3 3,7 39 11,3 15,6 7,1 1,3 4,6 39,8 Federação Russa 128,5 361,7 106,8 32,7 40,8 670,5 130 364,6 111,6 33,9 39,6 679,6 Eslováquia 3,2 5,5 4,1 3,9 1 17,6 3,5 5,3 4,3 4 1,1 18,2 Espanha 77,6 24,7 21 14,4 7,8 145,5 78,8 29,1 21,4 13 5,2 147,4 Suécia 15,3 0,7 2,3 17,3 12,7 48,4 15,1 0,7 2,2 16,3 15,5 49,7 Suíça 12 2,7 0,1 6,1 8 29 12,2 2,8 0,1 5,3 7,5 27,9 Turquia 32 19,9 23 - 10,4 85,3 30 24,6 26,1 - 9 89,7 Turkmenistão 4,6 13,9 - - - 18,5 4,9 14,9 - - - 19,8 Ucrânia 13,9 65,6 38,1 19,7 2,7 139,9 13,9 65,6 37,4 20,1 2,8 139,7 Reino Unido 81,7 87,3 38,1 18,1 1,7 227 82,9 85,1 39,1 18,5 1,7 227,3 Uzbequistão 7,5 40,3 1,2 - 1,6 50,5 7,8 39,6 1,1 - 1,6 50,1 Outros Europa & Eurásia 23,3 12,9 20,9 1,8 16,8 75,7 24,3 13,8 21,3 1,9 16,9 78,1 Total Europa & Eurásia 957,6 991,1 536,7 287,9 187,3 2960,6 963,3 1009,7 537,5 286,3 187,2 2984 Iran 74,6 77,9 1,1 - 2,7 156,2 78,4 79,6 1,1 - 2,8 162 Kuwait 13,7 8,7 - - - 22,5 14,4 8,7 - - - 23,1 Qatar 3,3 13,4 - - - 16,7 3,8 14,3 - - - 18,1 Arábia Saudita 83,7 59,1 - - - 142,8 87,2 62,6 - - - 149,8 Emirados Árabes 17,4 36,2 - - - 53,5 18,3 36,4 - - - 54,6

16

Outros Oriente Médio 68,1 22,8 8 - 1,1 99,9 69,2 24,3 7,9 - 1,1 102,5 Total Oriente Médio 260,7 218,1 9,1 - 3,8 491,7 271,3 225,9 9 - 3,9 510,2 Argélia 10,6 19,8 0,8 - 0,1 31,3 11,2 21,7 0,9 - 0,1 33,9 Egito 26,8 23,6 0,5 - 3,1 54 29,2 23 0,5 - 3,1 55,8 África do Sul 24,8 - 94,5 3,4 0,8 123,6 24,9 - 91,9 2,9 0,8 120,5 Outros África 61,9 18,3 7 - 15,4 102,7 64 19,4 7 - 15,9 106,3 Total África 124,2 61,8 102,9 3,4 19,4 311,7 129,3 64,1 100,3 2,9 19,9 316,5 Austrália 38,8 22,8 52,4 - 3,6 117,6 39,7 23,1 52,2 - 3,7 118,7 Bangladesh 3,9 12 0,4 - 0,3 16,4 4 12,8 0,4 - 0,3 17,4 China 318,9 35,1 978,2 11,4 80 1423,5 327,3 42,3 1081,9 11,8 90,8 1554 China Hong Kong 15,3 2 6,6 - - 23,8 13,8 1,9 7,2 - - 22,9 Índia 120,2 29,5 203,7 3,8 19 376,1 115,7 33 212,9 4 21,7 387,3 Indonésia 54,7 33,2 22,1 - 2,1 112,1 55,3 35,5 23,5 - 2,1 116,4 Japão 241,4 70,9 120,8 64,7 23,1 520,8 244,2 73 121,3 66,3 19,8 524,6 Malásia 22,8 30,5 5,7 - 1,4 60,4 22 31,4 6,3 - 1,5 61,2 Nova Zelândia 7 3,3 2 - 6,2 18,4 7 3,2 2,1 - 5,5 17,8 Paquistão 16 24,2 3,5 0,5 5,5 49,8 17,4 26,9 4,1 0,6 6,9 55,9 Filipinas 15,8 2,1 5 - 1,9 24,9 14,7 2,7 5,9 - 1,9 25,2 Singapura 38,1 5,9 - - - 44,1 42,2 5,9 - - - 48,1 Coréia do Sul 104,9 28,4 53,1 29,6 1,3 217,3 105,5 30 54,8 33,2 1,2 224,6 Taiwan 41,7 9,2 36,8 8,9 1,5 98 41,6 9,6 38,2 9 1,8 100,3 Tailândia 44 24,6 10,6 - 1,4 80,6 45,6 26,9 11,8 - 1,3 85,6 Outros Ásia & Oceania 20,3 7 25,4 - 9,3 61,9 21,1 8 25,7 - 8,9 63,8 Total Ásia & Oceania 1103,6 340,6 1526,2 119 156,5 3245,9 1116,9 366,2 1648,1 125 167,4 3423,7 TOTAL MUNDO 3798,6 2425,2 2798,9 625,1 643,2 10291 3836,8 2474,7 2929,8 627,2 668,7 10537,1

Figura 2.4: Divisão da Oferta Interna de Energia Elétrica


17

Tabela 2.3: Geração de Energia Elétrica


Brasil 2003 – 2005 Unidade 2003 2004 2005

1 Oferta Interna de Energia Elétrica TWh 401,5 424,8 442,0

1.1 Geração de Energia Elétrica 1 TWh 364,3 387,5 402,9

1.1.1 Centrais Elétricas de Serviço Público TWh 329,3 349,5 363,2

1.1.1.1 Centrais Hidroelétricas TWh 294,3 308,6 325,1

1.1.1.2 Centrais Termoelétricas 2 TWh 35 41,0 38,2

1.1.1.2.1 Centrais de Fonte Nuclear TWh 13,4 11,6 9,9

1.1.1.2.2 Centrais a Gás Natural TWh 9,1 14,7 13,9

1.1.1.2.3 Centrais a Carvão Mineral TWh 5,3 6,3 6,1

1.1.2 Centrais Elétricas Autoprodutoras TWh 35,1 37,9 39,8

1.2 Importação Líquida TWh 37,2 37,4 39,2

2 Consumo Final TWh 342,2 359,9 375,2

2.1 Consumo Residencial TWh 76,1 78,6 83,2

2.2 Consumo Comercial TWh 48,4 50,1 53,5

2.3 Consumo Industrial TWh 160,7 172,1 175,4 2.4 Consumo em Outros Setores (Governamental, Agricultura, etc.) TWh 57 59,2 63,1

3 Perdas % 14,8 15,3 15,1

4 Capacidade Instalada das Centrais de Geração de Energia Elétrica 1 GW 86,5 90,7 93,2

Nota: 1 Centrais Elétricas de Serviço Público e Autoprodutoras. 2 Centrais Termoelétricas inclui centrais termoelétricas a partir de fonte nuclear.

A Tabela 2.4 apresenta os principais parâmetros do mercado de energia nacional e

sua evolução de 1970 a 2005.

Tabela 2.4: Evolução dos Principais Parâmetros do Mercado de Energia Nacional (tep = Equivalente a milhões de toneladas de petróleo)


Ano

Principais Parâmetros Unidade 1970 1980 1990 2000 2005

Oferta Interna de Energia 106 tep 66,9 114,8 142 190,6 218,6

Oferta Interna de Eletricidade TWh 45,7 139,2 249,4 393,2 441,6

População 106 tep 93,1 121,6 146,6 171,3 184,2

PIB 106 $US 206,9 473,3 550,1 714,3 795,9

1 – Preliminares; 2 – Inclui Autoprodução; 3 - Valores Monetários para o ano de 2005.

18

O planejamento no setor de energia no país é fortemente influenciado por este

fator de predominância da hidroeletricidade, requerendo planejamento em médio e

longo prazo. Em curto e médio prazo aguarda-se o início de operação de um

considerável número de plantas de pequeno e médio porte iniciadas há mais de seis

anos. Do ponto de vista dos investidores privados a hidroeletricidade é vista como

sendo extremamente cara, controversa e de alto risco (SCHAEFFER & SKLO, 2001).

Essa visão favoreceu a geração por termelétricas a gás natural de ciclo combinado,

que suplementam os serviços de atendimento ao mercado durante as estações

climáticas “secas”, bem como os sistemas isolados de forma permanente. A

geração termelétrica é usada para serviços locais no caso de limitação na

transmissão de energia. O gasoduto Brasil-Bolívia, em detrimento da crise,

materializou a implantação de uma política que aumentou dramaticamente o uso do

gás natural (SCHAEFFER, 2000).

Apesar disso, o setor energético brasileiro não emite grandes quantidades de

poluentes atmosféricos e sugere não haver muitas mudanças nas próximas

décadas. O país é considerado um líder ambiental entre os países em

desenvolvimento e exerce importante papel no debate internacional sobre a

mudança climática. Obviamente que a manutenção dessa posição irá depender de

suas escolhas energéticas dentro dos próximos anos. Certamente que o país tem

todo o potencial para atender o mercado de eletricidade livre das emissões de

carbono.

A demanda de eletricidade no Brasil, acompanhando o cenário mundial, cresceu

mais rápido do que a economia, esta situação deve-se a alguns fatores

importantes:

• O setor industrial brasileiro consome quase que a metade da eletricidade do

país. Uma significativa parte da produção industrial brasileira é baseada em

atividades energo-intensivas como as indústrias químicas e metalúrgicas.

Alumínio, aço, petroquímicos, cimento, polpa e papel são os setores que

contabilizam a maior parte do consumo industrial no país e são importantes

segmentos na exportação da indústria brasileira;

• Os setores comerciais e agrícolas aumentaram também seu consumo nas

duas últimas décadas e não somente nos últimos anos. Foram influenciados

por expedientes de trabalho mais longos, novas opções de recreação,

19

aumento no turismo e a construção de inúmeros shoppings que impuseram

uma demanda relativamente alta durante os períodos de pico;

• O consumo no setor residencial teve um crescimento a grandes taxas nos

anos 80, significando que houve uma demanda potencial não atendida pelo

setor elétrico. Esta demanda potencial, desde então, permanece com

acentuadas disparidades regionais e com um crescimento potencial da

demanda de eletricidade entre muitas regiões do país. Os brasileiros

consomem em média 1,79kWh. A demanda varia consideravelmente com a

localidade.

A Figura 2.5 ilustra o consumo brasileiro de energia segundo o setor econômico e a

proporção em que ele acontece.

Figura 2.5: Consumo Brasileiro de Energia Segundo Setor da Economia


A alta dependência da hidroeletricidade resulta em variação sazonal da produção. A

rede de transmissão exerce um importante papel na ajuda desse balanço entre

oferta e demanda. O Brasil é um país que tem dimensões continentais e a geração

hidroelétrica requer longos sistemas de transmissão, já que as plantas não estão

necessariamente localizadas próximas aos centros de consumo, fazendo com que

perdas na rede de transmissão por resistência elétrica sejam características

marcantes da ordem de 15% (vide Tabela 2.3 apresentada anteriormente). As

CONSUMO DE ELETRICIDADE - TWh

0

50

100

150

200

250

300

350

400

19

74

19

77

19

80

19

83

19

86

19

89

19

92

19

95

19

98

20

01

20

04

RESIDENCIAL

COMERCIAL

INDUSTRIAL

OUTROS

TWh

20

perdas comerciais também são freqüentes e altas devido aos altos índices de

conexões ilegais.

A demanda de eletricidade no Brasil continuará a crescer vigorosamente pelas

próximas duas décadas e as escolhas de tecnologias para o setor doméstico de

eletricidade afetarão também o futuro de sua economia.

A Figura 2.6 ilustra a evolução do consumo brasileiro de energia segundo a fonte.

Figura 2.6: Consumo Brasileiro de Energia Segundo a Fonte


O texto a seguir apresenta o status dos principais vetores energéticos, quanto à

potência instalada, segundo as regiões geopolíticas. Traz também o custo médio

mundial de investimento e os valores médios para o Fator de Carga Anual de cada

vetor no Brasil. Essas informações serão necessárias no Capítulo 7 adiante.

CONSUMO FINAL POR FONTE (%)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1974

1977

1980

1983

1986

1989

1992

1995

1998

2001

2004

LENHA

BAGAÇO DE CANA

ELETRICIDADE

ÁLCOOL

DERIVADOS DE PETRÓLEO

OUTRAS

21

2.2.1 Termelétricas

Carvão e gás natural têm pequenas participações na matriz energética brasileira.

Os recursos nacionais de carvão têm um alto teor de cinzas e de enxofre, de forma

que boa parte do carvão utilizado na produção de aço é importada. Contudo, o

Brasil desenvolveu sofisticadas técnicas de exploração de petróleo offshore, onde

rápidas reformas estão agora transformando o setor de petróleo do país e

conferindo ao setor privado um papel importante crescente no desenvolvimento de

novas reservas de petróleo e gás.

As termelétricas a gás continuarão a ser difundidas em muitas regiões do mundo

devido a essa crescente disponibilidade do gás natural, tomando um pouco do

espaço do petróleo no mercado (SIMS, 2003).

A eficiência das modernas estações termelétricas de ciclo a vapor pode exceder a

40% com base no baixo valor calorífico. O custo de uma estação moderna com

controle das emissões de SOx e NOx gira em torno de US$ 1300/KW, porém

projetos menos eficientes, com baixo controle ambiental são mais baratos. Os

custos também podem variar consideravelmente de sítio para sítio, podendo ser

substancialmente mais altos em determinadas regiões onde nova infra-estrutura se

fizer necessária.

SIMS (2003) apresenta termelétricas com fator de capacidade anual (FCA) médio

de 51% em um contexto internacional, enquanto no cenário nacional FERNANDES

apresenta um FCA da ordem de 52% para as termelétricas de ciclo combinado.

Ratificado por outros dois estudos com valores de 50% (FADIGAS et al., 1999) e

55% (AZOLA & ANDRADE, 1999). Para efeito de comparação foi eleito este último

para fazê-lo igual ao FCA hidrelétricas e aquele assumido para ondas.

A energia termelétrica é beneficiada pela maturação mais rápida do projeto. Apesar

do menor custo inicial da planta, apresenta o custo final de geração penalizado pelo

custo do combustível (OLIVEIRA & ROSA). Note-se que o custo para construção de

uma planta termelétrica não considera o custo de combustível, seu principal insumo

para geração de energia. Portanto, não representam o custo real de fornecimento

do KWh.

22

2.2.2 Energia Nuclear

A energia nuclear é uma tecnologia madura com 438 plantas ao redor do mundo, e

mais 31 plantas em construção, totalizando 351 GW em operação por 32 países

(INB, 2007). A maioria das plantas nucleares ao redor do mundo é competitiva com

base no custo marginal devido ao baixo custo de operação, em um mercado

ambiental desregulamentado, e pelo fato de muitas delas já terem sido depreciadas

(SIMS, 2003).

As emissões de gases de efeito estufa por unidade elétrica são de magnitude, pelo

menos, duas vezes menor que a geração de eletricidade por combustíveis fósseis e,

comparado a muitas renováveis, se aproxima de zero. Por isso a energia nuclear é

uma opção efetiva na mitigação de questões ambientais. A aceitação de construção

massiva de novas plantas dependerá das novas concepções se tornarem

economicamente competitivas, da habilidade da indústria em restaurar a confiança

pública na sua segurança e soluções definitivas para o lixo atômico. As novas

plantas de energia nuclear já incorporam níveis de segurança sem precedentes,

necessitando agora se tornarem economicamente competitivas em muitos

mercados.

As novas plantas de energia nuclear, com valores da planta entre US$ 1700/KW a

US$ 3100/KW, não podem competir com a tecnologia do gás natural aos preços

atuais do combustível. De qualquer forma a novas plantas são competitivas com o

carvão e com o gás natural quando este tiver que ser transportado por longas

distâncias ou infra-estrutura apropriada e gasodutos não existam. A proliferação,

antes de tudo, é uma questão política que a tecnologia pode ajudar a chamar para

si parte dessa tarefa.

A REVISTA ECONOMIA & ENERGIA (2000) atribuiu um FCA de 53,9% para energia

nuclear em uma série histórica de 1975 a 1999. Foi assumido nesta tese um valor

de 55%, de forma a homogeneizar a comparação com outros vetores cujo FCA se

aproxima desse valor.

Estudos vêm sendo extensivamente desenvolvidos com considerações técnicas para

a segurança e deposição de resíduos de alto nível de radioatividade em longo

prazo. Uma possível solução envolve repositórios geológicos profundos. Outra

possível solução seria a transmutação, ou seja, a conversão do lixo nuclear, ou o

23

Plutônio, em substâncias menos radioativas e isotópicas de vida curta. Os maiores

vendedores de reatores nucleares vêm modificando os reatores, que já oferecem

segurança melhorada e custos mais baixos.

A energia nuclear responde por 3% da energia produzida no Brasil, gerada pelas

usinas de Angra I (670MW) e Angra II (1.350MW), totalizando 2020MW de

potência, equivalente à metade do consumo do Estado do Rio de Janeiro, por

exemplo, (ELETRONUCLEAR, 2007). A construção da terceira usina nuclear está em

discussão e será réplica de Angra II, com igual capacidade. Contudo, os altos

custos e a oposição popular têm reprimido a energia nuclear de desempenhar um

maior papel no país.

A energia nuclear poderia repor a base de geração de eletricidade por combustíveis

fósseis em muitas partes do mundo se respostas aceitáveis fossem dadas a

questões como segurança de reatores, transporte do lixo radioativo, e destinação e

proliferação dos resíduos.

A Tabela 2.5 faz um apanhado das usinas nucleares no mundo, o número de

unidades em operação, unidades em construção, as respectivas capacidades de

geração, sua participação na produção mundial de energia nuclear e a participação

na matriz doméstica de energia para os dez maiores produtores e mais o Brasil.

24

Tabela 2.5: Usinas Nucleares no Mundo Fonte: INB & IEA

País

Unidades em

Operação

Capacidade de Geração

(MW)

Participação Mundial

(%)

Participação Doméstica

(%)

Unidades em

Construção

Capacidade de Geração

(MW)

Estados Unidos 104 97411 27,7 20

França 59 63073 18,0 78

Japão 53 43491 12,4 26 3 3190

Alemanha 19 21122 6,0 28

Rússia 29 19843 5,6 16 3 2825

Coréia 16 12990 3,7 37 4 3820

Grã-Bretanha 35 12968 3,7 20

Ucrânia 13 11207 3,2 48 4 3800

Canadá 14 9998 2,8 15

Suécia 11 9432 2,7 50

Espanha 9 7512 2,1

Bélgica 7 5712 1,6

China (Taiwan) 6 4884 1,4 2 2560

Bulgária 6 3538 1,0

Suíça 5 3192 0,9

Finlândia 4 2656 0,8

Rep. Tcheca 5 2569 0,7 1 912

Índia 14 2503 0,7

Rep. Eslovaca 6 2408 0,7 2 776

Lituânia 2 2370 0,7

China 3 2167 0,6 8 6420

Brasil 2 2020 0,5 3 1 1350

África do Sul 2 1800 0,5

Hungria 4 1755 0,5

México 2 1360 0,4

Argentina 2 935 0,3 1 692

Eslovênia 1 676 0,2

Romênia 1 650 0,2 1 650

Holanda 1 449 0,1

Paquistão 2 425 0,1

Armênia 1 376 0,1

Irã - - 2 2111

Total 438 351492 100,0 31 27756

25

2.2.3 Energias Renováveis

O potencial técnico das fontes de energias renováveis é maior que o imaginado,

respondendo atualmente por aproximadamente 20% da demanda mundial de

energia, principalmente com hidroeletricidade e biomassa tradicional. Os sistemas

de energias renováveis modernos possuem o potencial técnico de atender toda a

demanda global, de forma sustentável, com baixa emissão ou virtualmente zero

(SIMS, 2003).

Durante a última década as novas energias renováveis expandiram

consideravelmente sua participação em termos absolutos, cabendo destaques para

a energia eólica com 21% ao ano e a energia solar fotovoltaica com 30% ao ano.

As fontes de energias renováveis, tais como hidroeletricidade, madeira e produtos a

base da cana de açúcar desempenham papel importante no setor energético

brasileiro, atendendo aproximadamente a 60% da demanda total de energia.

Fluxos naturais de energia variam de local para local, o que faz do desempenho

técnico-econômico da conversão das energias renováveis altamente dependentes

do sítio específico. A característica intermitente obriga a existência de back-up se

ela não for lançada diretamente na rede. Grandes potências lançadas na rede

precisam de acumulação, ou backup, para garantir uma oferta de energia confiável.

Desta forma é extremamente difícil generalizar custos e real potencial.

Os avanços tecnológicos oferecem novas oportunidades e redução de custos que

possibilitariam uma maior participação na crescente demanda mundial de energia.

Contudo, vencidas estas incertezas, os especialistas apontam para uma

participação efetiva somente em longo prazo.

Em detrimento de alguns investimentos privados em energias renováveis não se

espera uma corrida intensa em direção às essas tecnologias, já que possuem alto

custo de capital, recuperação de capital lenta, incipiência técnica e,

conseqüentemente, características de alto risco. Esses investimentos só se fizeram

possíveis através da garantia de compra da energia pelo setor público com políticas

dirigidas (FINON & PEREZ, 2006). Essas questões endereçam tecnologias

embrionárias para a tutela do setor público, enfocando o benefício presente e futuro

de uma tecnologia de energia e o seu potencial primário.

26

A Figura 2.7 mostra a evolução das energias renováveis nas últimas cinco décadas,

em quadrilhões de BTU, comparadas ao macro grupo de energias fóssil e nuclear.

Quadrilhões de BTU

Figura 2.7: Evolução das Energias Renováveis, Nuclear e Fóssil

Fonte: IEA

Hidroeletricidade

É a fonte de energia renovável mais explorada, embora mais recentemente limitada

devido a barreiras sociais e ambientais. Outras limitações ao seu futuro

desenvolvimento incluem a localização remota de muitos sítios hídricos em

potencial, resultando em altos custos de transmissão, além dos custos de

investimento de capital que são incompatíveis com o interesse privado devido às

baixas taxas de retorno, quando comparado com gás ou carvão.

É crescente o número de pequenos, mini e micro esquemas hidrelétricos que

apresentam menor impacto ambiental, particularmente nas regiões rurais que não

são atendidas pela rede de distribuição de energia elétrica.

Sob certas circunstâncias a inundação de terras a montante da barragem da

hidrelétrica pode provocar perdas biológicas, bem como favorecer a emissão de

carbono a partir da decomposição da vegetação. Essas perdas e emissões são

muito dependentes do local específico e geralmente não ocorrem em esquemas de

rios perenes.

Energia Renovável

Potência Elétrica Nuclear

Combustível Fóssil

27

O Brasil é uma nação onde a geração elétrica é predominantemente de base

hídrica. Somente entre os anos de 1970 e 1977 a capacidade elétrica instalada

expandiu de 10 GW para 60 GW. Esta alternativa representa algo da ordem de 80%

da capacidade de geração instalada, uma potência da ordem de 100GW,

equivalente a 1130TWh/ano de energia firme. O controle da segunda maior

hidrelétrica do mundo, a usina de Itaipu, com capacidade de geração de

12.600MW, é exercido conjuntamente por Brasil e Paraguai.

O valor de US$ 1000/KW para construção de uma planta hidrelétrica representa os

valores médios, obtidos em diversas plantas, ao longo de anos. Temos assim, neste

valor, o ganho de escala correspondente a toda potência já instalada, mostrando

uma vantagem estatística. Porém estes valores dificilmente serão atingidos por

novos empreendimentos no setor, visto que, com raríssimas exceções, os melhores

sítios já estão sendo explorados. O estudo realizado pelo CEPEL (Centro de

Pesquisa de Energia Elétrica) estima, para a próxima geração, custos da ordem de

US$ 1000 a 4000 dólares por KW.

FERNANDES et al. trazem uma série histórica de 1990 a 1998, com índices que, na

média, indicam um valor de FCA de 55,44% para o sistema hidrelétrico brasileiro,

coincidindo com o valor de 55% recomendado pela ELETROBRÁS (1999) e pela

ANEEL (2003).

A Tabela 2.6 apresenta a Potência de Energia Hidroelétrica Instalada no mundo.

Eólica

A energia eólica contribui com algo da ordem de 0,3% da capacidade mundial de

geração instalada, mas devido à sua natureza intermitente resulta em apenas 0,1%

da eletricidade total gerada. A produção gira em torno de 60 GW (BP, 2006). A

Dinamarca terá de 40-50% da sua geração interna de eletricidade a partir dos

ventos até 2030, e é o maior exportador de tecnologia em turbinas eólicas. Já se

fala nas novas gerações de turbinas excedendo os 3MW de potência, para

instalações offshore. Dentre as mais fortes limitações se encontram a escassez de

região de águas rasas adequadas para fazendas eólicas offshore e as muitas

permissões e autorizações necessárias para planejamento do recurso.

28

Tabela 2.6: Potência Instalada-Energia Hidroelétrica (Equivalente a milhões de toneladas de petróleo)

Fonte: BP - British Petroleum Região/Ano 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 (%) Crescimento USA 81,5 73,9 73,0 63,0 49,6 60,4 63,1 61,4 60,6 9,1% –1.0%Canadá 79,4 75,1 77,8 81,1 75,5 79,4 76,4 76,4 81,7 12,2% 7,2%México 6,0 5,6 7,4 7,5 6,4 5,6 4,5 5,7 6,3 0,9% 10,5%Total Norte América 166,9 154,6 158,3 151,6 131,5 145,4 144,0 143,5 148,6 22,2% 3,8%Argentina 6,4 6,0 4,9 6,5 8,4 8,1 7,7 6,9 7,9 1,2% 15,1%Brasil 63,1 66,0 66,3 68,9 60,6 64,7 69,2 72,6 77,0 11,5% 6,4%Chile 4,3 3,6 3,1 4,3 4,9 5,2 5,1 4,8 5,9 0,9% 22,0%Colômbia 7,1 6,9 7,6 6,9 7,1 7,6 8,1 9,0 9,0 1,3% –0.4%Equador 1,5 1,5 1,6 1,7 1,6 1,7 1,6 1,7 1,7 0,3% 3,3%Peru 3,0 3,1 3,3 3,7 4,0 4,1 4,2 4,0 4,3 0,6% 8,7%Venezuela 13,0 13,1 13,7 14,2 13,7 13,5 13,7 15,9 17,6 2,6% 11,4%Outros Américas S & C 17,2 17,3 17,7 18,5 17,0 17,9 18,2 17,8 18,3 2,7% 2,9%Total Américas S & C 115,6 117,5 118,2 124,8 117,3 122,9 127,8 132,6 141,7 21,2% 7,1%Áustria 8,4 8,8 9,4 9,8 9,8 9,5 8,7 9,0 9,0 1,3% –0.4%Azerbaijão 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,5 0,6 0,6 0,7 0,1% 9,4%Bielo-Rússia † † † † † † † † † ♦ 0,3%Bélgica & Luxemburgo 0,5 0,6 0,5 0,6 0,6 0,6 0,5 0,6 0,6 0,1% 2,9%Bulgária 0,7 0,8 0,7 0,6 0,4 0,6 0,7 0,7 0,8 0,1% 7,7%República 0,5 0,4 0,5 0,5 0,6 0,6 0,4 0,6 0,7 0,1% 18,4%Dinamarca † † † † † † † † † ♦ –16.4Finlândia 2,7 3,3 2,9 3,3 3,1 2,4 2,1 3,4 3,1 0,5% –7.6%França 15,3 14,9 17,6 16,4 18,0 15,1 14,7 14,7 12,8 1,9% –12.8%Alemanha 4,7 4,8 5,3 5,9 6,3 6,4 5,5 6,2 6,3 0,9% 2,1%Grécia 0,9 0,9 1,1 0,9 0,6 0,8 1,2 1,2 1,3 0,2% 9,4%Hungria 0,1 † † † † † † † † ♦ –1.9%Islândia 1,2 1,3 1,4 1,4 1,5 1,6 1,6 1,6 1,6 0,2% –1.4%República da Irlanda 0,2 0,3 0,2 0,3 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 ♦ –11.3%Itália 10,6 10,7 11,7 11,5 12,2 10,7 10,0 11,3 9,6 1,4% –14.6%Cazaquistão 1,5 1,4 1,4 1,7 1,8 2,0 2,0 1,8 2,0 0,3% 7,3%Lituânia 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ♦ –12.4%Holanda † † † † † † † † † ♦ –8.8%Noruega 25,1 26,3 27,6 32,2 27,4 29,4 24,0 24,7 30,9 4,6% 25,3%Polônia 0,9 1,0 1,0 0,9 1,0 0,9 0,7 0,8 0,9 0,1% 2,7%Portugal 3,0 3,0 1,7 2,7 3,3 1,9 3,6 2,3 1,1 0,2% –51.0%România 4,0 4,3 4,1 3,3 3,4 3,6 3,0 3,7 4,6 0,7% 22,7%Federação Russa 35,6 35,9 36,4 37,4 39,8 37,2 35,6 40,8 39,6 5,9% –2.6%Eslováquia 1,0 1,0 1,1 1,1 1,2 1,2 0,8 1,0 1,1 0,2% 12,6%Espanha 8,5 8,8 7,0 8,3 9,9 6,0 9,9 7,8 5,2 0,8% –33.1%Suécia 15,6 16,7 16,2 17,8 17,9 15,0 12,1 12,7 15,5 2,3% 22,6%Suíça 8,0 7,8 9,3 8,7 9,7 8,3 8,3 8,0 7,5 1,1% –6.5%Turquia 8,8 9,6 7,8 7,0 5,4 7,6 8,0 10,4 9,0 1,3% –13.6%Ucrânia 2,3 3,6 3,3 2,6 2,8 2,2 2,1 2,7 2,8 0,4% 4,5%Reino Unido 1,3 1,5 1,9 1,8 1,5 1,7 1,3 1,7 1,7 0,3% 0,9%Uzbequistão 1,3 1,3 1,3 1,3 1,2 1,6 1,7 1,6 1,6 0,2% 5,2%Outros Europa & Eurásia 15,2 15,6 16,8 15,9 15,4 15,1 16,0 16,8 16,9 2,5% 0,5%Total Europa & Eurásia 178,3 185,2 188,7 194,5 195,3 183,1 175,8 187,3 187,2 28,0% 0,2%Iran 1,3 1,7 1,2 0,9 0,9 1,8 2,2 2,7 2,8 0,4% 5,0%Outros: Oriente Médio 1,1 1,1 0,7 1,0 1,0 1,1 1,1 1,1 1,1 0,2% 0,4%Total Oriente Médio 2,4 2,8 1,9 1,8 1,9 2,9 3,2 3,8 3,9 0,6% 3,6%Egito 2,7 3,1 3,4 3,2 3,3 3,2 2,9 3,1 3,1 0,5% 0,3%África do Sul 1,1 0,9 0,8 0,9 0,8 0,9 0,8 0,8 0,8 0,1% –5.3%Outros África 11,6 12,2 13,7 13,4 14,1 15,2 15,3 15,4 15,9 2,4% 3,3%Total África 15,5 16,2 17,9 17,6 18,2 19,3 19,1 19,4 19,9 3,0% 2,8%Austrália 3,8 3,7 3,7 3,7 3,7 3,6 3,7 3,6 3,7 0,6% 1,9%Bangladesh 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 ♦ 2,2%China 44,4 47,1 46,1 50,3 62,8 65,2 64,2 80,0 90,8 13,6% 13,7%Índia 15,9 18,9 18,6 17,4 16,3 15,5 15,7 19,0 21,7 3,3% 14,9%Indonésia 1,2 2,2 2,1 2,3 2,6 2,3 2,1 2,1 2,1 0,3% 0,3%Japão 21,2 23,6 21,0 20,7 20,8 21,1 23,3 23,1 19,8 3,0% –14.0%Malásia 0,9 1,1 1,7 1,7 1,5 1,2 1,3 1,4 1,5 0,2% 7,4%Nova Zelândia 5,2 5,7 5,3 5,6 5,1 5,7 5,4 6,2 5,5 0,8% –10.9%Paquistão 4,2 5,5 4,9 4,0 4,1 4,6 5,8 5,5 6,9 1,0% 27,2%Filipinas 1,4 1,1 1,8 1,8 1,6 1,6 1,8 1,9 1,9 0,3% –1.5%Coréia do Sul 1,2 1,4 1,4 1,3 0,9 1,2 1,6 1,3 1,2 0,2% –11.2%Taiwan 2,2 2,4 2,0 2,0 2,1 1,4 1,6 1,5 1,8 0,3% 21,0%Tailândia 1,6 1,2 0,8 1,4 1,4 1,7 1,7 1,4 1,3 0,2% –3.7%Outros Ásia & Oceania 7,0 6,9 7,7 8,1 8,9 8,8 9,5 9,3 8,9 1,3% –3.4%Total Ásia & Oceania 110,2 120,9 117,2 120,2 132,1 134,1 137,7 156,5 167,4 25,0% 7,2%TOTAL MUNDO 588,8 597,2 602,2 610,5 596,3 607,8 607,6 643,2 668,7 100,0% 4,2%

29

Os custos dos aerogeradores continuam caindo, à medida que novas capacidades

são instaladas devido à economia de escala. Nas áreas de ventos fortes a energia

eólica é competitiva com outras formas de geração de eletricidade e seu custo pode

alcançar os US$ 1000/KW, porém em média é da ordem de US$ 1400/KWh.

O CEPEL utilizou 25% para o fator de capacidade anual da energia eólica no Brasil.

Estudos prévios indicaram valor de 21% no período de 1990 a 1995. Outro estudo

aponta o valor de 22% (OLIVEIRA, 2002). Nos estudos comparativos desta tese foi

utilizado o valor de 30%.

A Tabela 2.7 apresenta a Potência de Energia Eólica Instalada no mundo.

Tabela 2.7: Potência Instalada – Energia Eólica (MW)

Fonte: BP - British Petroleum Região 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 (%) Crescimento

USA 1611 2141 2445 2610 4245 4674 6361 6750 9181 0,155 0,36Canadá 26 83 126 139 214 270 351 444 683 0,012 0,538México 2 2 2 3 3 3 3 3 3 0 0Total América do Norte 1639 2226 2573 2752 4462 4947 6715 7197 9867 0,166 0,371 Argentina n/a 14 15 16 27 28 30 30 31 0,001 0,04Brasil n/a 19 22 22 24 24 31 31 31 0,001 0Costa Rica n/a 27 51 51 71 79 79 79 79 0,001 0Outros n/a 6 7 7 9 9 50 54 54 0,001 0Total América do Sul & 42 66 95 96 131 140 190 194 195 0,003 0,006

Central Bélgica 9 10 11 19 34 45 78 106 177 0,003 0,67Dinamarca 1116 1420 1738 2341 2456 2880 3076 3083 3087 0,052 0,001Finlândia 12 18 39 39 40 44 53 83 85 0,001 0,024França 13 21 25 63 115 183 274 386 775 0,013 1,008Alemanha 2081 2874 4442 6107 8734 11968 14612 16649 18445 0,311 0,108Grécia 29 55 158 274 358 462 538 587 705 0,012 0,201Irlanda 53 64 74 122 129 167 230 339 498 0,008 0,469Itália 103 197 277 424 700 806 922 1261 1713 0,029 0,358Holanda 329 379 433 473 523 727 938 1081 1221 0,021 0,13Polônia 2 2 2 3 24 54 55 55 65 0,001 0,182Portugal 39 51 61 111 153 204 311 585 1087 0,018 0,858Espanha 512 880 1812 2836 3550 5043 6420 8263 10027 0,169 0,213Suécia 122 176 220 265 318 372 428 478 554 0,009 0,159Reino Unido 328 338 362 425 525 570 759 889 1336 0,023 0,503Outros 64 87 102 148 174 329 631 904 1295 0,022 0,432Total Europa & Eurásia 4812 6572 9756 13650 17833 23854 29325 34749 41068 0,693 0,182 Iran 9 9 9 9 9 24 63 91 91 0,001 0Outros 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0,001 0Total Oriente Médio 18 18 18 18 18 33 72 101 101 0,002 0 Egito 6 6 36 69 69 69 123 146 180 0,003 0,233Marrocos 0 0 14 54 54 54 54 54 64 0,001 0,185Outros 0 4 14 14 14 25 34 34 34 0,001 0Total África 6 10 64 137 137 148 211 234 278 0,005 0,188 Austrália 4 10 10 30 71 190 240 421 717 0,009 0,703China 146 200 262 352 406 473 571 769 1264 0,016 0,644Índia 940 992 1035 1220 1456 1702 2125 3000 4253 0,063 0,418Japão 17 30 68 142 357 486 761 991 1159 0,021 0,17Nova Zelândia 4 25 35 35 35 35 56 167 167 0,003 0Outros 8 5 16 19 24 30 37 90 195 0,002 1,164Total Ásia & Oceania 1119 1261 1426 1798 2349 2916 3790 5438 7755 0,113 0,426 TOTAL MUNDO 7636 10153 13932 18450 24927 32037 40301 47912 59264 1 0,237

30

Energia Solar

A radiação solar na superfície da terra pode ser razoavelmente alta em muitas

regiões, mas o mercado potencial para sua captura é baixo devido aos preços

atuais relativamente altos dos coletores solares.

Há fatores que limitam sua utilização: a intermitência e flutuação sazonal que

exigem o armazenamento de energia, as variações geográficas que privilegiam a

região equatorial com duas vezes mais radiação solar que em latitudes maiores e

características difusas com baixa potência, já que a geração direta da energia solar

em larga escala requer enorme quantidade de equipamento e uso de superfície,

mesmo com técnicas de concentração solar.

O custo da planta de energia solar fotovoltaica é da ordem de US$ 5000/KW. A

eletricidade fotovoltaica é geralmente desenvolvida para o uso direto pelas

edificações e tem a seu favor a vantagem de eliminar a transmissão de energia por

longas distâncias, como acontece na hidroeletricidade, que representa altas perdas

e custos de distribuição. Até o ano de 2004 a potência instalada era da ordem de

2,6 GW (BP, 2006). SIMS (2003) atribui à energia solar um FCA de 12 a 17% para

os modelos comerciais.

Os avanços na tecnologia de inversores, como sua incorporação aos módulos de

painéis para obtenção de saídas em corrente alternada, por exemplo, aliada ao

financiamento governamental, vem incentivando o mercado a integrar painéis

fotovoltaicos em construções já conectadas à rede de energia. São projetos de

escalas modestas de até 5KW para construções residenciais e centrais de até 1MW.

Outros avanços de mercado dos sistemas de geração fotovoltaica de energia são as

aplicações em localidades rurais isoladas da rede elétrica, freqüentemente em

países em desenvolvimento, onde dois bilhões de pessoas ainda não têm acesso à

eletricidade. Existem ainda sistemas de coletores que promovem a concentração de

raios em pontos específicos, alcançando temperaturas de até 1500ºC, fornecendo

vapor diretamente a um turbo-gerador convencional.

A Tabela 2.8 apresenta a Potência de Energia Solar Instalada no mundo.

31

Tabela 2.8: Potência Instalada – Energia Solar (KW) Fonte: BP - British Petroleum

Região 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2003 (%)

USA 88200 100100 117300 138800 167800 212200 275200 365200 0,327 0,141Canadá 3380 4470 5826 7154 8836 9997 11830 13884 0,174 0,005México 11022 12022 12922 13928 14971 16160 17100 18182 0,063 0,007Total América do Norte 102602 116592 136048 159882 191607 238357 304130 397266 0,306 0,153 Áustria 2208 2931 3672 4874 6120 10341 16833 19180 0,139 0,007Dinamarca 422 505 1070 1460 1500 1600 1900 2290 0,205 0,001Finlândia 2042 2170 2363 2607 2700 3052 3409 3702 0,086 0,001França 6118 7631 9121 11331 13856 17241 21100 26300 0,246 0,01Alemanha 41800 53800 69400 113700 194600 278000 431000 794000 0,842 0,305Itália 16709 17680 18480 19000 20000 22000 26000 30700 0,181 0,012Holanda 4036 6480 9195 12759 20509 26326 45900 49079 0,069 0,019Noruega 5150 5404 5726 6030 6210 6384 6615 6888 0,041 0,003Portugal 527 648 894 1144 1210 1668 2069 2643 0,277 0,001Espanha 7100 8000 9080 12100 15700 20500 27000 37000 0,37 0,014Suécia 2127 2370 2584 2805 3032 3297 3581 3866 0,08 0,001Suíça 9724 11500 13400 15300 17600 19500 21000 23100 0,1 0,009Reino Unido 589 690 1131 1929 2746 4136 5903 8164 0,383 0,003Total Europa 98642 119909 146216 202119 306304 416345 612310 1006912 0,644 0,387 Israel 265 308 401 441 473 503 533 886 0,662 0Japão 91300 133400 208600 330220 452813 636842 859623 1131991 0,317 0,436Coréia 2475 2982 3459 3960 4757 5410 6438 9892 0,537 0,004Austrália 18700 22520 25320 29210 33580 39130 45630 52300 0,146 0,02Total Outros 112740 159210 237780 363831 491623 681885 912224 1195069 0,31 0,46 TOTAL 313984 395711 520044 725832 989534 1336587 1798664 2599247 0,445 1

Biomassa

Os recursos da biomassa incluem os resíduos agrícolas e florestais, gás de aterros,

rejeitos sólidos do lixo e vegetais oleaginosos. Por tratar-se de recurso bem

distribuído, a biomassa tem ótimo potencial para suprir as áreas rurais com recurso

renovável de energia. O desafio reside no gerenciamento sustentável, na conversão

e distribuição da bioenergia no mercado, com um serviço de energia moderno e

competitivo.

Os resíduos agrícolas, e florestais, tais como bagaço, casca de arroz, cascas de

árvores e serragem têm custo marginal, apresentando um grande potencial

econômico no mercado na conversão de resíduo em energia para produção de calor

e geração de eletricidade, onde a indústria e a comunidade rural encontram ampla

aplicação.

A energia a partir de oleaginosas tem um menor potencial em curto prazo devido

aos seus altos custos de distribuição, em termos de US$/GJ (Giga Joule), de

energia disponível, bem como a competição pelo uso do solo, especialmente em

países que já apresentam problemas sociais dessa natureza, associados ainda a

questões de desmatamento para o plantio, de forma a atender a demanda

32

crescente. Outro problema de suma importância é o direcionamento para a

monocultura que pode impactar o preço dos alimentos.

Os combustíveis de biomassa geralmente são mais fáceis de ser gaseificados que o

carvão. O desenvolvimento de sistemas eficientes se aproxima de um modelo

comercial. Os investimentos de capital em uma planta de alta pressão e

gaseificação direta de ciclo combinado são estimados em US$ 2000/KW. Os custos

de operação e combustível somam US$ 55,00/MWh para sistemas tradicionais de

combustão por caldeira e turbina a vapor e US$ 40,00/MWh para sistemas mais

modernos (SIMS, 2003).

O Brasil utiliza o bagaço, produto residual do processamento da cana de açúcar, e

combustível de álcool produzido de cana na substituição de dez milhões de

toneladas de óleo cru e derivados de petróleo por ano. Nenhuma outra nação no

mundo conta com energias renováveis nesse grau. O país, muito recentemente,

tem optado deslocar seu foco em renovável para o programa de biocombustíveis,

através de investimentos e incentivos maciços, em detrimento das demais

tecnologias renováveis em andamento.

A Tabela 2.9 apresenta a Produção de Etanol ao redor do mundo.

Tabela 2.9: Produção de Etanol

(Equivalente a milhões de toneladas de petróleo) Fonte: BP - British Petroleum

Região 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 (%) Crescimento

Brasil 7737 7052 6483 5343 5726 6286 7226 7314 7563 46,7% 3,7%Canadá n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 130 0,8% Estados Unidos 2280 2426 2574 2793 3022 3779 5309 6435 7380 45,6% 15,0%Total Americas S & N 10016 9478 9057 8136 8748 10066 12535 13750 15073 93,1% 9,0% República Tcheca n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a – 1 0,0% França n/a n/a n/a 57 57 111 101 51 63 0,4% 23,7%Finlândia n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 2 23 0,1% 879,3%Alemanha n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 13 76 0,5% 501,6%Hungria n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a – 7 0,0% Letônia n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 6 1 0,0% –90.2%Lituânia n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a – 4 0,0% Holanda n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 7 4 0,0% –46.3%Polônia n/a n/a n/a n/a n/a 41 38 24 43 0,3% 78,2%Espanha n/a n/a n/a 50 50 57 52 128 151 0,9% 18,9%Suécia n/a n/a n/a 13 28 32 33 36 82 0,5% 130,9%Total Europa n/a n/a n/a 120 136 245 268 266 454 2,8% 71,0% Austrália n/a n/a n/a n/a n/a n/a 37 14 11 0,1% –20.1%China n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a n/a 643 4,0% Total Ásia & Oceania n/a n/a n/a n/a n/a n/a 37 14 654 4,0% TOTAL MUNDO 10016 9478 9057 8256 8884 10310 12840 14030 16182 100,0% 10,1%

33

3 Marcos Legais e Regulatórios

O objetivo do presente item é atentar para os marcos legais e regulatórios nos

contextos nacional e internacional, no que podem estar relacionados à exploração

das energias oceânicas, evidenciando problemas chaves como as barreiras legais e

o respectivo planejamento na adoção de procedimentos para atendê-los.

Uma tecnologia embrionária, como a conversão de ondas marítimas em energia,

deve buscar experiências relevantes em indústrias afins e correlatas como

premissas existentes na exploração de atividades no mar e geração de energia

elétrica de outras fontes em geral, em especial nos aspectos que possam ser

aplicados às fontes renováveis de energia.

Desta forma, a regulamentação estabelecida para sistemas offshore, como a

produção de petróleo (não renovável) e outras energias renováveis, pode ser o

ponto de partida para enquadramento de projetos de energia das ondas.

Em um país como o Brasil onde aproximadamente 80% da eletricidade gerada vem

de fonte hidrelétrica, obviamente que qualquer normatização de novos vetores

sofrerá forte influência da legislação já estabelecida, em especial quando

comparável em alguns aspectos relevantes como o porte da usina por exemplo.

Neste caso a normatização aplicada às pequenas centrais hidrelétricas (PCH’s) pode

estar mais próxima da questão em foco.

Contudo, a própria lei em vigor poderá vir a ser um fator limitante para o

estabelecimento de regulamentação específica para novos vetores energéticos

quando houver grande diferença e variação a nível nacional, demonstrando a

existência de um quadro legal confuso e diferenciado em algumas instâncias.

Sendo assim, durante o processo de anteprojeto e projeto de uma concepção

qualquer de energia das ondas, serão encontradas normas e regulamentações que

podem ser favoráveis e outras que são conflitantes. Naqueles casos, porém, onde o

planejamento legal não tiver sido completamente desenvolvido ainda, pode-se

tentar levar as autoridades a fazê-lo durante o desenvolvimento do projeto. O

inconveniente é que este fato poderá acarretar em atrasos indesejados até a sua

elaboração e aprovação final.

34

No texto que se segue apresenta-se uma visão geral do quadro político e legal, nos

âmbitos internacional e nacional, relevantes para o enquadramento das energias

renováveis do mar, tendo em vista não haver legislação claramente específica à sua

exploração.

3.1 Leis Internacionais

3.1.1 Direito do Mar

A Convenção das Nações Unidas na Lei dos Mares dispõe os direitos de um País

sobre o seu mar territorial e sobre a fronteira desses limites.

Já no século XIV algumas cidades italianas procuravam consolidar juridicamente o

exercício de autoridade no mar, já conquistada sobre piratas e outros países pela

supremacia marítima. Na prática tratavam de proteção de seus interesses na pesca,

policiamento das costas contra prática de pirataria, cobrança de impostos sobre a

navegação, etc. Com o tempo, outros Estados passaram também à reivindicar uma

zona marítima.

A partir do século XVII alguns países como Inglaterra, França e Estados Unidos

fixaram suas águas territoriais em 3 (três) milhas náuticas, aproximadamente 6

(seis) quilômetros, correspondente ao alcance de um disparo de canhão,

caracterizando o limite até onde o território pode ser efetivamente defendido.

No século XIX essa já era uma prática internacional. Porém, diante de uma nova

realidade no século XX como testes nucleares e direitos da pesca, muitos países

deliberadamente estabeleceram novos limites para 50 e até 200 milhas náuticas.

Neste contexto as Nações Unidas iniciaram discussões nos anos 50 para elaboração

de texto que, muitos anos depois, passaria a ser a Convenção das Nações Unidas

sobre os Direitos do Mar. Nesse ínterim o Brasil na década de 70, por meio de uma

legislação interna o Decreto-Lei Nº. 1.098/70, estabeleceu unilateralmente seu mar

territorial como 200 milhas.

No ano de 1982 a Convenção das Nações Unidas sobre os Direitos do Mar – CNUDM

- foi adotada formalmente pela ONU como tratado multilateral, estabelecendo o

limite do Mar Territorial em 12 milhas náuticas, aproximadamente 22

35

quilômetros, como anexo ao território costeiro. Além do que estende por mais 12

milhas náuticas a jurisdição de uma Zona Contígua no que concerne determinadas

atividades como contrabando, imigração ilegal, etc.

Estabelece ainda uma Zona Econômica Exclusiva (ZEE) que vai da borda exterior

do mar territorial ao limite externo de 200 milhas náuticas. São 188 milhas além do

mar territorial, onde o país costeiro pode exercer soberania sobre os recursos

naturais na água, no leito, no subsolo marinho, bem como realizar investigação

científica marinha e zelar por sua conservação. Inclua-se nesta área também o

exercício de jurisdição no que se refere à implantação de ilhas artificiais, outras

instalações e estruturas (SOUZA, 1999).

A Plataforma Continental (PC) é o prolongamento natural submerso da massa

terrestre de um país e compreende o solo e subsolo das áreas submarinas. Vão

além de seu mar territorial podendo, em muitos casos, ultrapassar a ZEE ou ir até a

uma distância de 200 m.m. a partir da linha de base de onde se mede a largura do

mar territorial.

Além desse limite temos o que se define por Alto Mar ou Águas Internacionais.

É um patrimônio comum da Humanidade e nele não há exercício da soberania,

sendo permitida a prática das grandes liberdades que, segundo a Convenção, são

as liberdades de navegação, de pesca, sobrevôo, domicílio de cabos e dutos,

implantação de ilhas artificiais e investigação científica, sempre com fins

exclusivamente pacíficos, sob métodos compatíveis com a Convenção, harmônicos

a outras utilizações legítimas, e respeito à proteção do meio marinho e à soberania

dos Estados.

A Convenção prevê ainda (artigo 76) que os países costeiros podem apresentar a

Comissão de Limites da ONU pedidos de prolongamento da sua plataforma

continental até o limite de 350 milhas a partir da linha de costa para exploração e

explotação dos recursos do solo e subsolo marinho, sem direito aos recursos vivos

da camada líquida. Até hoje apenas dois países pleitearam esse direito a Rússia,

Austrália e o Brasil. O primeiro já teve seu pedido negado, o Brasil teve resposta

positiva parcialmente em abril de 2007 e a Austrália aguarda decisão.

36

As ilhas artificiais, instalações e estruturas, ainda que destinados à investigação

científica, não gozam do estatuto jurídico de ilhas ou de Estados Arquipélagos.

Estes sim, desfrutam dos mesmos direitos dos demais Estados. As estruturas

artificiais podem ter zonas de segurança ao seu redor que não excedam a largura

de 500 metros, sendo de total responsabilidade dos Países e Organizações que

responderão por seus atos e pagarão indenizações por possíveis danos causados.

A Figura, 3.1 ilustra as definições acima e demais espaços marítimos segundo a

CNUDM. Em resumo temos um Mar Territorial de 12 milhas; uma Zona Contígua

das 12 as 24 milhas; uma ZEE das 12 as 200 milhas; uma PC correspondendo ao

prolongamento natural do território terrestre até os seus limites exteriores e, além

destes, as águas internacionais.

Presentemente a Convenção é ratificada por 148 países, inclusive o Brasil, e

compreende muito mais que as regras da soberania dos Estados costeiros sobre

suas águas adjacentes, indo à normatização da gestão dos recursos marinhos,

controle da poluição, etc., legislando sobre todos os espaços marítimos e oceânicos.

É composta de um preâmbulo, 17 partes e 9 anexos, além da Ata Final da III

CNUDM.

Um item especial que merece a atenção, quando do estabelecimento de sítios para

implantação de usinas oceânicas, é a cessão ao direito de passagem às

embarcações. Pela Convenção, os navios de qualquer nacionalidade, com exceção

das embarcações militares e de Estado que gozam imunidade, estão sujeitos à

jurisdição do país em cujas águas se encontram. Contudo, gozam do “Direito de

Passagem Inocente”, definida como contínua, rápida e ordeira, quando o país

costeiro abstém-se do exercício de jurisdição civil ou penal.

O tráfego marítimo internacional, indústria de possível conflito de interesse no uso

do espaço marítimo, é regido pela International Maritime Organization – IMO - uma

agência especializada das Nações Unidas responsável pela facilitação, segurança e

prevenção de poluição no transporte marítimo. Todos os 167 países membros dessa

organização, ao adotarem a convenção da IMO, concordam em fazê-la parte da

legislação de seu país como todas as demais cuidando dos aspectos que possam

impactar a liberdade de navegação (IMO, 2007).

37

Figura 3.1: Limites dos Espaços Marítimos Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Mar_territorial

Terra Firme

Plataforma Continental

Zona Econômica Exclusiva 200 milhas

Mar Territorial 12 milhas

Águas Interiores Linha de Base

200 milhasZona Contígua

12 milhas

Águas Internacionais

38

3.1.2 Questões Ambientais

Protocolo de Kyoto

É um acordo onde 38 (trinta e oito nações), e mais a União Européia, se obrigam a

impor limitações quantitativas na emissão de gases de efeito estufa por seus

respectivos países e pressionar os países em desenvolvimento para que adotem, de

forma voluntária, acordos para redução de suas emissões (SCHAEFFER & SZKLO,

2001).

3.2 Leis Nacionais

Durante a vida útil de um projeto de energia das ondas, determinadas questões

deverão ser consideradas sob a ótica das regulamentações e normas federais. No

desenvolvimento de projetos as informações relevantes, em detalhe, deverão ser

procuradas para cada projeto individual, em cada órgão responsável pela matéria

em questão:

• Localização de Projeto;

• Impactos Ambientais;

• Conferências;

• Produção de Energia, Cabos Marítimos e Conexões à Rede Elétrica;

• Estabelecimento de Limites;

• Seguros;

• Uso do Espaço Costeiro e Marítimo;

• Descomissionamento.

No texto que se segue salientamos as questões mais relevantes e os principais

órgãos envolvidos na sua normatização e/ou fiscalização.

3.2.1 Direito do Mar no Brasil

O mar brasileiro encontra-se convencionalmente normatizado, inserido no plano

internacional e, obviamente com necessidade de adaptações e evoluções conforme

o surgimento de novos fatos.

A Lei Federal do Brasil Nº. 8.617, de 04 de janeiro de 1993, dispõe sobre o mar

territorial, a zona contígua, a zona econômica exclusiva e a plataforma continental

39

brasileiros de forma compatível com todas as disposições da Convenção da ONU,

revogando assim o Decreto-Lei Nº. 1098/70.

A Constituição Federal, no artigo 20-VI, considera o mar territorial como bem da

União. “A Secretaria do Patrimônio da União (SPU) emite pareceres sobre a

regularidade e autorizações de uso para áreas de propriedade da União, reguladas

pela Lei Nº. 9.636/98 que, dentre outros aspectos, dispõe sobre a regularização,

aforamento e alienação de bens imóveis de domínio da União. Também a Portaria

N° 27/98, da Diretoria de Portos e Costa do Ministério da Marinha (DPC), aprova as

Normas da Autoridade Marítima para obras, dragagens, pesquisa e lavras de

minerais sob,sobre e às margens das águas sob jurisdição nacional – NORMAM -

11” (IBAMA, 2007).

Um resultado direto da adoção da Convenção da ONU sobre os Direitos do Mar foi a

criação do Plano de Levantamento da Plataforma Continental Brasileira (LEPLAC)

instituído pelo Decreto Nº. 98.145/89. Tem como objetivo o estabelecimento dos

limites da plataforma continental brasileira através de levantamentos geofísicos e

batimétricos de precisão. A estrutura do Programa compreende o Ministério da

Marinha (cuja Comissão Interministerial para os Recursos do Mar - CIRM controla

as atividades do LEPLAC), com a participação do Departamento Nacional da

Produção Mineral, da Petrobrás, Universidades ligadas a Geologia e Geofísica

Marinha e membros da comunidade científica.

A Comissão Interministerial para os Recursos do Mar (CIRM), ainda com base na

Convenção da ONU de 1982, criou Planos Setoriais para os Recursos do Mar.

Tratam das atividades de pesquisa e prospecção dos recursos marítimos do país,

estudando a situação atual e perspectivas, condicionantes e necessidades dos

recursos minerais, energéticos e vivos do mar brasileiro, dentre outras, além da

coordenação e controle, análise, acompanhamento e avaliação de projetos

(MATTOS, 1998).

O Decreto Nº. 5.377, de 23 de fevereiro de 2005, atualiza a Política Nacional para

os Recursos do Mar – PNRM, que desde a sua promulgação original em 1980

sofreram alterações notáveis, particularmente em relação à moldura jurídica global,

nos cenários nacional e internacional relativos aos mares, oceanos e zonas

costeiras, em função, principalmente, da entrada em vigor da Convenção das

Nações Unidas sobre o Direito do Mar (CNUDM).

40

A PNRM tem como objetivos promover a formação de recursos humanos; estimular

o desenvolvimento da pesquisa, ciência e tecnologia marinhas; e incentivar a

exploração e o aproveitamento sustentável dos recursos do mar, das águas

sobrejacentes ao leito do mar, do leito do mar e seu subsolo e das áreas costeiras

adjacentes. Tem por finalidade orientar o desenvolvimento das atividades que

visem à efetiva utilização, exploração e aproveitamento dos recursos vivos,

minerais e energéticos do Mar Territorial, da ZEE e da PC, de acordo com os

interesses nacionais, de forma racional e sustentável para o desenvolvimento

socioeconômico do país, gerando emprego e renda e contribuindo para a inserção

social (VIDIGAL et al., 2006).

A MARINHA DO BRASIL (2007) através dos Órgãos de Direção Setorial e de suas

organizações militares especializadas atua na segurança da navegação na área

marítima de interesse do Brasil e nas vias navegáveis interiores e, ainda, para

projetos nacionais de pesquisa realizados em águas jurisdicionais brasileiras

resultantes de compromissos internacionais. Contribui para a prevenção da poluição

por parte de embarcações, plataformas e suas estações de apoio; para a

formulação e execução das políticas nacionais que digam respeito ao mar; e para

implantar e fiscalizar o cumprimento de Leis e Regulamentos, no mar e águas

interiores.

3.2.2 Licenciamento Ambiental

A implantação de qualquer estratégia de gerenciamento ambiental parte do

pressuposto da geração, sistematização e disponibilização de informações sobre os

diferentes recursos ambientais e as atividades a eles relacionadas. Para o mar e

para a costa brasileira estas informações são muito incipientes (IBAMA, 2007).

O Brasil tem alcançado resultados significativos na produção de petróleo em

campos offshore sendo esta a principal indústria brasileira domiciliada no mar e,

portanto, o exemplo mais próximo de uma regulamentação para o conversor

brasileiro de energia das ondas e caminho normativo a ser seguido por qualquer

atividade deste perfil a ser exercida no mar.

Mesmo no que se refere às atividades de exploração e produção de petróleo na

costa brasileira, os próprios órgãos ambientais queixam-se da carência de

41

informações sobre os recursos ambientais e as atividades humanas que os utilizam.

Este fato gera implicações diretas nos processos de licenciamento ambiental, mais

especificamente, no que concerne à qualidade dos Estudos Ambientais e à

conseqüente dilação decorrente deste processo, incompatível com a dinâmica do

setor (IBAMA, 2007). O mesmo então poderia ser dito quanto a sua competência

para inferir sobre a exploração de energias renováveis do mar.

O Licenciamento Ambiental Federal permeia por uma diversidade de leis federais,

estaduais e municipais, tornando-o um procedimento centralizado para

atendimento de um conjunto das principais referências legais vigentes, nas quais se

baseiam o licenciamento ambiental e a atuação dos principais agentes envolvidos

nesse processo.

A Tabela 3.1, adiante apresenta os principais marcos regulatórios utilizados no

licenciamento ambiental federal e dispõe sua abrangência.

“A Licença Ambiental como definida na Resolução Nº. 237/97, é o ato

administrativo pelo qual o órgão ambiental competente estabelece as condições,

restrições e medidas de controle ambiental que deverão ser obedecidas pelo

empreendedor, pessoa física ou jurídica, para localizar, instalar, ampliar e operar

empreendimentos, ou atividades que utilizem os recursos ambientais, considerados

efetiva ou potencialmente poluidores, ou aquelas que, sob qualquer forma, possam

causar degradação ambiental” (IBAMA, 2007).

Trata da exigência legal do licenciamento ambiental, dos empreendimentos ou

atividades, do enquadramento dos empreendimentos quanto ao seu potencial

poluidor, descreve as licenças ambientais necessárias e seus prazos de validade, a

participação dos órgãos estaduais e municipais e da população no processo de

licenciamento e a figura da compensação ambiental. Expõem a necessidade de

divulgação dos diversos eventos e as das consultas a serem realizadas pelo

empreendedor aos demais órgãos gestores de políticas públicas, necessárias para a

obtenção das licenças ambientais principais, e complementares.

A Figura 3.2 apresenta o mapeamento ambiental das zonas marinhas e costeiras

brasileiras e seus respectivos potenciais de riscos ambientais, segundo os níveis de

exigências, de acordo com a sensibilidade da área. Este mapa foi elaborado para

fins de estudos ambientais quando da exploração de petróleo e gás (IBAMA).

42

Figura 3.2: Mapa Base para Licenciamento Ambiental – Petróleo e Gás

Fonte: IBAMA (2006)

43

3.2.3 Órgãos Envolvidos no Mercado de Energia Brasileiro

Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL - Autarquia, vinculada ao

Ministério de Minas e Energia, foi criada pela Lei Nº. 9.427/96 e tem como

atribuições: regular e fiscalizar a geração, a transmissão, a distribuição e a

comercialização da energia elétrica. Conceder, permitir e autorizar instalações e

serviços de energia. Também emite pareceres técnicos sobre as disponibilidades de

energia elétrica pelo sistema energético nacional e orienta as concessionárias a ser

das em casos específicos.em consulta

Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS - O Operador Nacional do

Sistema Elétrico é uma entidade de direito privado, sem fins lucrativos, criada em

26 de agosto de 1998, responsável pela coordenação e controle da operação das

instalações de geração e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado

Nacional (SIN), sob a fiscalização e regulação da Agência Nacional de Energia

Elétrica (ANEEL).

Câmara de Comercialização de Energia Elétrica - CCEE - Associação civil

integrada pelos agentes das categorias de Geração, de Distribuição e de

Comercialização. A instituição desempenha papel para viabilizar as operações de

compra e venda de energia elétrica, registrando e administrando contratos firmados

entre geradores, comercializadores, distribuidores e consumidores livres. Sucedeu

ao Mercado Atacadista de Energia (MAE) e tem por finalidade viabilizar a

comercialização de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional nos Ambientes

de Contratação Regulada e Contratação Livre, além de efetuar a contabilização e a

liquidação financeira das operações realizadas no mercado de curto prazo. As

Regras e os Procedimentos de Comercialização que regulam as atividades

realizadas na CCEE são aprovados pela ANEEL.

Agência Nacional do Petróleo - ANP - É o órgão regulador da indústria do

petróleo e gás natural e, dentro de suas funções, promove, incentiva e acompanha

diversos estudos e análises sobre as atividades do setor de petróleo e gás natural

no Brasil (ANP, 2007). Ainda que não envolvida no mercado de energia elétrica e

eletricidade, como órgão de elaboração dos editais de licitação dos blocos

marítimos para exploração de petróleo, sendo portadora de experiências

importantes e úteis quanto aos critérios para criação de blocos e zoneamento. Além

do que, trata-se de parceiro importante na harmonização e cooperação das

atividades no mar.

44

3.3 A Experiência de Outros Países

O presente item apresenta pontos relevantes acerca da regulamentação e regras de

planejamentos nacionais para o desenvolvimento de projetos de energias

renováveis do mar. Obviamente que este conteúdo deverá ser visto como uma

mera introdução às questões legais federais, com o intuito e serventia de

informação e como pano de fundo para recomendações futuras.

Nos parágrafos a seguir é feita uma sucinta abordagem dos principais parâmetros

regulatórios de projetos de energias renováveis em nove países europeus, mais

precisamente para as atividades de exploração de energia eólica offshore, como um

paralelo mais próximo às energias renováveis do mar. Os países em questão são

Portugal, Reino Unido, Dinamarca, Holanda, Suécia, França, Irlanda, Itália e Grécia

(SOERESEN, et al., 2003).

As razões de usar informações de outras fontes renováveis e de outras construções

offshore residem no fato das normas de planejamento relativas à energia das ondas

não terem sido preparadas ainda, e há de se esperar que, em muitos casos, as

normas e regulamentações aplicadas àqueles projetos também sejam aplicadas às

energias renováveis do mar. Provavelmente, qualquer regulamentação vindoura,

específica à energia das ondas, será uma adaptação/evolução ou um paralelo dos

marcos regulatórios para atividades tecnicamente mais próximas.

Planejamento Legal em Portugal

Um programa denominado E4 de Eficiência Energética e Energias Renováveis apóia

a penetração de energias renováveis desde o ano de 2001 através de Incentivos

nacionais para promoção de energia das ondas.

Principais Leis:

1. Programa E4 – Resolução do Conselho de Ministros Nº. 154, de 19 de

outubro de 2001, cujos objetivos incluem a facilitação de acesso e

desenvolvimento da produção de energia elétrica por tecnologias limpas,

nominalmente a energia das ondas, bem como o gerenciamento dos pontos

de conexão na rede elétrica (grid) para produtores independentes;

2. O Decreto-Lei Nº. 33-C, de 29 de dezembro de 2001, estabelece a tarifa a

ser paga pela rede elétrica nacional (grid) ao produtor independente de

45

energia elétrica das ondas do mar. As tarifas estão por volta de 0,225

Euros/kWh para as capacidades instaladas no território nacional acima de

20MW. A rede elétrica (grid) é obrigada a comprar toda a energia produzida.

Planejamento Legal no Reino Unido

A legislação para o desenvolvimento de energia eólica offshore é diversificada,

precisando da aprovação de várias autoridades governamentais. O Departamento

de Comércio e Indústria (DTI) criou um posto “one-stop” para entrada de

documentos e solicitação de licenças em um único lugar. Um único órgão, um único

conjunto de procedimentos para todas as licenças necessárias. Esta unidade de

consentimentos para as renováveis offshore não afeta os papéis estatutários dos

Departamentos, Agências e Autoridades envolvidas nos processos de autorização.

Onshore/Nearshore (Mar Territorial):

Há dois caminhos principais para as permissões legislativas dos projetos localizados

nas águas territoriais, onde cada interessado escolhe a mais apropriada:

1. Seção 36 do Ato de Eletricidade, de 1989, e a Seção 34 do Ato de Proteção

Costeira, de 1949; ou

2. Ato de Transportes e Serviços de 1992 (não aplicável na Escócia). As

solicitações devem estar de acordo com as seguintes regras de

planejamento e regulação:

Muitas áreas dentro da faixa das 12 milhas náuticas são de propriedade

privada da Crown States, portanto, o “leasing” é feito com a própria

empresa;

Relatório de impacto ambiental endereçado à EIA (Enviromental Impact

Assessment);

Ato de proteção ambiental e de alimentos de 1985, Seção 5;

Ato de planejamento de vilas e condados, de 1990, Seções 57 ou 90.

Offshore (além da zona das 12 milhas náuticas):

Caracteriza-se pela inexistência de bases legais concretas para além das águas

territoriais. Devido a esta lacuna, o Governo do Reino Unido prepara uma nova

legislação para permitir desenvolvimentos fora das águas territoriais. O Governo

está ciente da necessidade de dinamizar projetos de energias renováveis offshore e

realiza uma revisão regulatória com o objetivo de reduzir a complexidade do regime

46

que governa o desenvolvimento nas águas marítimas e costeiras. Adicionalmente, o

DTI trabalhará com outros Departamentos para dinamizar, a posteriori, a

administração desses processos de licenciamentos offshore e explorar a

exeqüibilidade de ter-se apenas um ponto principal de contato para solicitações e

consultas.

Energia das Ondas

O dinamismo planejado para os procedimentos de obtenção de permissões tem

foco principal na energia eólica offshore, mas o Governo do Reino Unido deseja

promover igualmente um quadro apropriado para outras tecnologias offshore, bem

como para a energia das ondas e marés. Como parte do futuro processo de

consulta para energias offshore haverá espaço para exposição de pontos de vista,

separadamente, caso venha ser necessária para outras tecnologias offshore além

dos ventos.

Planejamento Legal na Dinamarca

Onshore/Nearshore

A zona costeira na Dinamarca tem regras legais muito estritas e complicadas, com

um número de diferentes regulamentos, a depender do sítio específico e sua

distância à costa. Essas peculiaridades podem estar relacionadas à distância de

áreas de recreação, proximidades de zonas industriais, etc.

Offshore

A conexão a rede elétrica (grid) requer autorização local;

A geração de energia e passagem de cabos precisa de permissão da

Autoridade de Energia do país;

A ocupação do local de teste, incluindo permissões local, regional,

arqueológica, e outras, serão dadas pela Autoridade Costeira da Dinamarca;

A exemplo do que ocorre na navegação, aponta-se para a exigência de

seguro com cobertura de danos a terceiros;

O estabelecimento de limites físicos é feito pela Administração Real

Dinamarquesa de Navegação e Hidrografia;

O relatório de impacto ambiental não se faz necessário para testes de

aparatos devido à sua limitação de área requerida e do desenvolvimento

temporal;

A consulta pública é muito valorizada, sendo uma tradição na Dinamarca.

47

Planejamento Legal na Holanda

Onshore/Nearshore

Nenhum parque eólico é permitido dentro da zona das 12 milhas náuticas, exceção

aberta somente para o projeto piloto denominado NSW.

Offshore

Praticamente não há regras e aquelas existentes, dirigidas à energia eólica em

larga escala, determinam sua localização além da zona limite das 12 milhas

náuticas. Existem algumas leis que devem ser consideradas para obtenção de

licenças na ZEE Holandesa do Mar do Norte, a saber:

Lei de Poluição das Águas;

Lei da Administração Ambiental;

Lei de Disposições Especiais;

Lei de Proteção Ambiental;

Lei de Administração Governamental de Serviços Aquáticos;

Lei de Naufrágio;

Lei de Monumentos;

Lei de Trabalhos de Escavação;

Lei de Instalações no Mar do Norte;

Lei de Proteção ao Leito;

Lei de Minas;

Lei das Rotas.

Planejamento Legal na Suécia

Não existe nenhuma base legal com relação à geração de energia eólica offshore,

muito menos com relação à energia de ondas ou maré, e os procedimentos de

planejamento não foram realizados em muitos dos principais municípios.

Um estudo conduzido pela Agência Sueca de Energia para elaboração de padrões

para o futuro da energia eólica offshore, estabelece uma meta de 3.300 MW para o

espaço dos próximos 10-15 anos. Sete áreas offshore foram sugeridas como

localizações de interesse especial, a primeira delas ao sul da Suécia. Não existe

planos específicos para a energia das ondas.

48

Pelas atuais regras e regulamentos (ano base 2001) os procedimentos

administrativos e as autoridades competentes envolvidas dependerão da dimensão

do projeto (<1MW; 1-10MW; >10MW) e de sua localização em relação à distância

da costa.

Onshore/Nearshore (Mar Territorial)

Solicitação de licença de construção junto a Autoridade local nos Comitês

Municipais de Construção e Planejamento, de acordo com o Ato de

Planejamento e Construção;

Solicitação de licença de questões ambientais junto ao Corpo Administrativo

do condado de acordo com o código ambiental. Para projetos acima de

10MW as autorizações são emitidas pela respectiva Corte Ambiental;

A Corte Ambiental analisa também as solicitações de licenças para

operações em águas;

O Governo considerará a permissão para parques eólicos nas águas

territoriais, quando se tratarem de um conjunto de três ou mais

aerogeradores e uma produção não inferior a 10MW.

Offshore (fora das águas territoriais)

A construção de parques eólicos offshore fora das águas territoriais precisa

de permissão governamental;

A Agência Sueca de Energia emite licenças para a passagem de cabos.

Planejamento Legal na França

Onshore/Nearshore

A condução de projetos dentro do mar territorial segue o mesmo processo de

construções em geral, com requerimento adicional relacionado ao uso do espaço

marinho de domínio público e da geração de eletricidade.

Offshore

A questão de fontes renováveis offshore é muito recente e não existem regras

específicas para sua exploração ou até mesmo procedimentos estabelecidos para a

ocupação de sítios para as energias renováveis offshore em geral.

49

Planejamento Legal na Irlanda

Onshore/Nearshore

O Plano Nacional de Desenvolvimento Costeiro ainda em desenvolvimento, vem

demonstrando pouco conhecimento do potencial do recurso da energia das ondas e

está repleto de considerações a respeito da pesca, turismo, herança, propriedades

costeiras e marítimas, etc. A única menção sobre o recurso das ondas foi feito por

alguns poucos consultores, ainda em 1977, em um esboço de plano político para o

gerenciamento da zona costeira na Irlanda. A ausência de maiores reconhecimentos

aponta para futuras dificuldades para o desenvolvimento das ondas onshore e

nearshore.

Offshore

A República da Irlanda tem emitido um conjunto de regras julgadas coerentes,

onde deixa claro que parques eólicos offshore estão autorizados nas águas

irlandesas, a menos que em áreas com proibição pré-determina. As licenças são

aprovadas em duas fases:

Fase I: O departamento Nacional de Recursos Naturais e Marinhos emite uma

licença para investigação da adequação do sítio alvo e sua viabilidade econômica.

Fase II: No caso de sucesso na etapa anterior uma licença completa pode ser

obtida mediante prescrições ambientais e de segurança, cabendo ainda a inclusão

de requerimentos adicionais pelo ministério. O governo irlandês recomenda aos

empreiteiros que submetam seus projetos à aprovação do público antes do início de

qualquer atividade.

Como regra geral os parque eólicos offshore são permitidos a 5 km da costa. Certas

áreas são identificadas como proibidas para garantir a segurança no mar, a

proteção de linhas de navegação estabelecidas, a navegação aérea, e as

necessidades específicas de telecomunicações e de defesa.

Caso haja uma infra-estrutura onshore associada a parques eólicos offshore será

necessária uma permissão das autoridades locais.

50

Planejamento Legal na Itália

Onshore/Nearshore

O Código de Navegação Italiana (INC) e o seu guia de procedimento são as

referências em legislação para as instalações de parques eólicos offshore nas águas

italianas. Algumas autorizações especiais devem ser ainda consideradas no que

concerne às limitações impostas às atividades de navegação, de pesca, esportes

marinhos, e outros.

Muitos outros órgãos da administração estão envolvidos no processo de

licenciamento dessas instalações: Ministério dos Transportes; da Defesa; do Meio-

Ambiente; da Indústria; Construção Civil; dos Recursos Marítimos e Terrestres e

outros. Não existe política clara aplicada à avaliação dos impactos ambientais.

Ao final de todo o procedimento as licenças são emitidas pelo Departamento de

Transporte Marítimo e são então apresentados ao Escritório de Interesse Público da

Municipalidade e Províncias para informação da população e conhecimento de

possíveis oposições.

As instalações de parques eólicos offshore e suas respectivas autorizações estão

sob o controle das Autoridades Portuárias locais através da Guarda Costeira.

O Escritório Maregráfico exige a indicação de sinalizações de segurança para a

navegação e aviação para obtenção das licenças, como também informações nas

plantas offshore para sua inclusão nas cartas náuticas.

Planejamento Legal na Grécia

A legislação para fontes renováveis de energia é a mesma aplicada também aos

projetos de engenharia em escala.

Leis governam a produção e distribuição de energia;

Há legislação para o meio-ambiente;

Existe também uma legislação específica para o meio-ambiente costeiro;

Foi publicado um catálogo de áreas protegidas na Grécia.

51

Planejamento Legal no Brasil

A primeira tentativa de um enquadramento legal da energia das ondas no Brasil foi

feita por RICARTE & ESTEFEN (2003) que traçaram um paralelo entre uma usina de

energia das ondas de coluna de água oscilante e as pequenas centrais hidrelétricas

(PCH’s).

Atividades offshore são comuns no país, que acumula experiência com tecnologia

de ponta há mais de 20 de anos na indústria do petróleo offshore, sendo este o

exemplo mais próximo de atividades no mar, diferentemente das experiências da

energia eólica vivenciadas nos países citados anteriormente. Com base na estrutura

desses países, na experiência offshore brasileira e nas licenças exigidas para

implantação dos dois módulos do protótipo do Porto do Pecém no Estado do Ceará

pode-se dizer que:

Há diversos órgãos da administração pública envolvidos no processo de

licenciamento, permeando por muitos ministérios;

No Brasil, o mar territorial é bem da União e requer concessão de uso

através da Secretaria de Patrimônio da União, órgão do Ministério do

Planejamento;

A ocupação do local da usina requer ainda permissões local e regional,

especialmente para aqueles casos onde há infra-estrutura onshore associada

ao aparato nearshore/offshore;

A construção segue o mesmo processo de qualquer projeto de engenharia

no país, necessitando do registro do projeto e da construção através do

Atestado de Responsabilidade Técnica (ART) no órgão profissional de classe

regional (CREA) onde se instalará a usina. Documento vital para o processo

continuar percorrendo em outras instâncias até a legalização completa;

Há regras estabelecidas para produção, transmissão, distribuição e

comercialização de energia elétrica. Para a geração de energia, passagem de

cabos e conexão à rede elétrica (grid) é necessária autorização da Agência

Reguladora de Energia - ANEEL;

Há uma rígida legislação de proteção ao meio-ambiente que de antemão

determina que empreendimentos no Mar Territorial, Zona Econômica

52

Exclusiva e Plataforma Continental, por sua natureza e porte, são de

Significativo Impacto Ambiental1;

Usinas de geração de eletricidade, qualquer que seja a fonte de energia

primária, quando gerar potência superior a 10MW, são consideradas

empreendimentos de Significativo Impacto Ambiental1.

Há várias etapas no processo de licenciamento ambiental (Licença Prévia,

Licença de Instalação e Licença de Operação). No caso de sucesso nas

etapas anteriores, uma licença posterior será emitida. Durante qualquer

uma das etapas sempre cabe a inclusão de requerimentos adicionais.

O licenciamento ambiental exige a consulta popular para certificar-se do

conhecimento do público, sua informação sobre o projeto e de oposições

possíveis.

Há catálogos publicados de áreas protegidas, segundo sua vulnerabilidade,

para fins de explotação de petróleo e gás;

A Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil faz a inclusão

de sinalização de obstáculos nas cartas náuticas e solicita a indicação do

posicionamento segundo referências constantes nas cartas náuticas do

referido local;

O Ministério Público é muito atuante, funciona como uma instância

independente verificadora do cumprimento da legislação e, muitas vezes,

tem interpretação divergente das orientações dos próprios órgãos envolvidos

no licenciamento ambiental.

A Agência Reguladora do Petróleo criou um guia para o Licenciamento Ambiental

das Atividades Marítimas de Exploração e Produção de Petróleo e Gás Natural. Com

este intuito mostra-se na Tabela 3.1 a Legislação aplicável utilizada na elaboração

desse documento (ANP, 2007).

1 “Empreendimentos e ou atividades de Significativo Impacto Ambiental são aqueles que por sua natureza, dimensão ou localização são capazes de, direta ou indiretamente, provocarem alteração adversa das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, afetando i. a saúde, segurança e o bem-estar da população; ii. as atividades sociais e econômicas; iii. a biota; iv. as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente; v. a qualidade dos recursos ambientais.”

53

Tabela 3.1: Legislação Aplicável no Brasil

Fonte: ANP - Agência Nacional do Petróleo

- Constituição Federal de 1988, artigo 177 e artigo 225.

- Emenda Constitucional Nº. 9, de 09 de novembro de 1995, flexibiliza o monopólio do petróleo.

- Lei Federal Nº. 6.938, de 31 de agosto de 1981, dispõe sobre a Política Nacional do MeioAmbiente, seus fins e mecanismos de formulação e aplicação.

- Lei Nº. 7.735, de 22 de fevereiro de 1989, cria o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dosRecursos Naturais Renováveis.

- Lei Federal Nº. 9.478, de 06 de agosto de 1997, dispõe sobre a Política Energética e a AgênciaNacional do Petróleo.

- Decreto Regulamentador Nº. 99.274, de 06 de agosto de 1990, regulamenta a Lei n° 6.902, de27 de Abril de 1981, e a Lei n° 6.938, de 31 de Agosto de 1981, que dispõem, respectivamente, sobre a criação de Estações Ecológicas e Áreas de Proteção Ambiental e sobre a Política Nacional doMeio Ambiente, e dá outras providências.

- Lei 9.960, de 28 de janeiro de 2000, estabelece preços a serem cobrados pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis - Ibama.

- Resolução CONAMA Nº. 001, de 23 de janeiro de 1986, dispõe sobre critérios básicos e diretrizesgerais para o Relatório de Impacto Ambiental – RIMA.

- Resolução CONAMA Nº. 006 de 24 de janeiro de 1986, dispõe sobre a aprovação de modelos parapublicação de requerimentos e concessões de licença

- Resolução CONAMA Nº. 009 de 03 de dezembro de 1987, dispõe sobre a realização de AudiênciaPública.

- Resolução CONAMA Nº. 13 de 06 de dezembro de 1990, dispõe sobre a área circundante, numraio de 10 (dez) quilômetros, das Unidades de Conservação.

- Resolução CONAMA Nº. 23, de 07 de dezembro de 1994, institui procedimentos específicos para olicenciamento de atividades relacionadas à exploração e lavra de jazidas de combustíveis líquidos egás natural.

- Resolução CONAMA Nº. 10, de 24 de outubro de 1996, regulamenta o licenciamento ambientalem praias onde ocorre a desova de tartarugas marinhas.

- Resolução CONAMA Nº. 237, de 19 de dezembro de 1997, regulamenta os aspectos delicenciamento ambiental estabelecidos na Política Nacional do Meio Ambiente.

- Resolução CONAMA Nº. 293 de 12 de dezembro de 2001, dispõe sobre o conteúdo mínimo doPlano de Emergência Individual para incidentes de poluição por óleo originada em portosorganizados, instalações portuárias ou terminais, dutos, plataformas, bem como suas respectivasinstalações de apoio, e orienta a sua elaboração.

- Portaria Nº. 166-N, de 15 de dezembro de 1998, cria o Escritório de Licenciamento das atividades de Petróleo e Gás.

- Portaria ANP Nº. 188, de 18 de dezembro de 1998, estabelece as definições para aquisição dedados aplicados à prospecção de petróleo (alterado pela Portaria ANP Nº. 35/99).

54

3.4 Planejamento Político das Energias Renováveis do Mar

As atividades dentro dos oceanos vêm se tornando mais intensas e cada vez mais

diversificadas. Acredita-se que tal como se deu com o desenvolvimento do uso do

solo no passado, pode-se prevê uma evolução no desenvolvimento dos mares, o

que suscita a necessidade de um planejamento e gerenciamento do mar de forma

integral.

Os conceitos de zoneamento e gerenciamento dos mares não são novos. Há anos

eles são praticados em várias atividades e em diferentes graus. Tomem-se como

exemplos as cartas e rotas de navegação, a exploração mineral offshore, os

depósitos de resíduos atômicos, fazendas marinhas, etc. Alguns, explícitos em

forma gráfica, remontam os primórdios da exploração dos oceanos pelo homem.

Exemplos específicos podem ser dados na representação da migração de peixes de

valor comercial, profundidade e temperatura das águas, bacias petrolíferas, canais

de transportes, etc. Cada um, representado uma atividade, acaba por ser

componente dos processos gerenciais e de zoneamento do uso do mar no seu

formato atual.

No Brasil, a Agência Nacional do Petróleo (ANP) delimita áreas e estabelece regras

para a indústria de petróleo offshore e o IBAMA concede licenças ambientais para a

ocupação e exploração dessas áreas.

O mapa dos recursos ambientais das zonas marinhas e costeiras do Brasil

apresentado na Figura 3.2 é uma reunião em base cartográfica que ilustra também

como se dá o zoneamento atual no mar brasileiro voltado para uma única atividade.

Uma discussão dos conceitos e critérios para um plano de uso dos oceanos deve

tentar garantir políticas do uso primário dentro de determinadas premissas:

• Objetivos e metas nacionais;

• Características e feições naturais do mar;

• Desenvolvimentos macro-ambientais futuros;

• Atividades costeiras em offshore do futuro;

• Usos costeiros atuais e planos efetivamente já aprovados;

• Estruturas institucionais e políticas e agentes chaves no ambiente offshore;

55

Todos estes fatores irão interagir de uma maneira dinâmica e complexa na

formação de regras e objetivos de todo o processo, que se tornarão ainda a base

para o planejamento e zoneamento de forma mais específica. Um plano de uso dos

oceanos poderia circunscrever os seguintes objetivos:

• Determinar o processo de desenvolvimento, uso e proteção, consistentes

com os objetivos nacionais;

• Identificar potenciais conflitos e processos justos de resolução antes mesmo

de sua ocorrência;

• Estimular o desenvolvimento tecnológico do uso desejado dos mares;

• Retardar os usos indesejáveis;

• Coordenar as várias instituições governamentais e privadas envolvidas nas

atividades marinhas.

O planejamento e gerenciamento do uso dos mares requerem assim muitas

decisões sobre os critérios das alocações de atividades e seu zoneamento segundo

os objetivos que se pretende alcançar. Alguns desses princípios e critérios são

delineados a seguir, ainda que de forma genérica (MARHEVKO & MAGIERA, 1979).

Gerenciamento dos Recursos

O mar pode ser visto como uma rede de recursos naturais e como uma herança das

nações, não podendo ser ignorado desse ponto de vista. Deve ser considerado a

partir de conceitos de desenvolvimento, gerenciamento e conservação dos

recursos.

As atividades devem ser definidas de maneira a oferecer uma identificação positiva

dos recursos sendo vistos ou desenvolvidos. Deve-se traçar uma estratégia de

desenvolvimento dos recursos, e responsabilidades advindas, particularmente se

houver a necessidade por programas de incentivo, desenvolvimento operacional, ou

controle funcional especializado. Considerações especiais também devem ser dadas

às implicações globais desse desenvolvimento, com inclusão das áreas de interesse

da economia nacional, internacional, e alternativas dentro do domínio marítimo.

Controle Minimizado

O planejamento e zoneamento só deveriam ser aplicados naqueles casos em que a

natureza requeira uma atenção especial, e assim mesmo, com a menor freqüência

56

possível. Seria a situação de atividades com um componente significativo ao

interesse ou necessidade do país. Estariam relacionados às metas nacionais ou a

oferta de matérias críticas preponderantes na independência daquele recurso, ou

necessárias às trocas comerciais. Outra situação mais crítica é aquela relacionada à

segurança de vidas, inerentemente de técnica ou operação perigosa.

Múltiplo Uso

Usos de únicos propósitos, ou altamente restritivos, só deveriam ser feitos quando

absolutamente necessários, tirando vantagem do potencial de múltiplo uso que

pode ocorrer dentro da mesma área geográfica.

Usos Exclusivamente Restritivos para aquelas atividades cuja natureza impede

qualquer outro uso dentro de uma vizinhança específica, como por exemplo, rotas

especiais de transporte e áreas de conservação.

Usos Primários para aquelas atividades mais compatíveis com as características

ambientais do local e que precedem sobre outras atividades assim como balneários,

marinas e canais de acesso.

Usos Restritivos Mistos para o conjunto de atividades que podem ser combinadas

em complementaridade a sistemas dentro de uma dada localidade, sob certas

circunstâncias tecnológicas e operacionais que, quando combinadas, inibem outros

usos, por exemplo, um complexo industrial flutuante.

Uso de Propósitos Gerais para aquelas áreas que podem ser designadas, ainda que

temporária, como não controladas, ou seja, elas estão disponíveis para qualquer

uso sem a necessidade de controle de acesso.

Alcance das Metas Nacionais

Consistente com o princípio do gerenciamento dos recursos, a alocação de usos

deveria estar conectada às metas nacionais associadas. Para tanto, há a

necessidade de determinar os elos entre o uso proposto e as metas nacionais em

questão, o desenvolvimento econômico global e a qualidade de vida, bem como

definir a natureza específica dos benefícios. Estes devem ser qualificados e ter

57

determinadas as implicações para outras áreas da vida do país, tal como a criação

de empregos diretos e indiretos em mar e terra, por exemplo.

Direito de Acesso

Os mares são recursos públicos e todos têm direitos de acesso iguais, que só

podem ser privados de seus direitos para aplicações de boa fé, através de processo

jurídico. A recusa de acesso deve ser acompanhada por direito de apelo ao sistema

judiciário. Há a necessidade de estabelecimento antecipado de como, e quando, o

acesso é controlado e os quesitos necessários para aprovação de acesso.

Segurança no Mar

Os padrões de segurança têm influência sobre a rentabilidade de muitas atividades,

determinando que grupo de indivíduos possa engajar-se na atividade. Além do que

é uma maneira de garantir proteção das adversidades trazidas pelas ações de

outrem ou pela natureza, sobre as vidas e propriedades. Trata-se de um complexo

conjunto de critérios que definem requerimentos e fixam responsabilidade para o

preenchimento desses requerimentos, estabelecem sistemas de inspeção para

identificação de violação dos padrões, responsabilizam os responsáveis por suas

ações e garantem o endereçamento de um processo ao fórum apropriado.

Ocupação Militar

Treinamentos militares e outras operações necessitam de ocorrer em algum lugar.

As bases militares e as áreas de treinamento estão dispostas próximas e associadas

a investimentos fixos, dificilmente com mobilidade. A ocupação militar deveria ser

garantida somente sob certas circunstâncias que tenham relação clara e direta às

necessidades militares do país. No caso de emergências eles têm total precedência.

Alocação Flexível

O conceito deve ser flexível de forma a permitir que várias atividades ocorram,

ainda que em aparente conflito por causa de circunstâncias locais, forma

particularizada de aplicação tecnológica, ou outras variáveis. Nenhum bloqueio

deveria ser definido, exceto sob uso restrito. Várias formas de aplicação tecnológica

deveriam ser avaliadas para determinar os efeitos totais de suas ações.

58

Avaliação e Decisão Localizada

Autorizações de uso devem ser dadas mediante a comprovação de íntimo

conhecimento das condições do sítio específico e do respectivo planejamento da

atividade. Este conceito não estaria relacionado a uma entidade governamental,

mas ao responsável local pela tomada de decisão. Talvez, uma agência operacional

responsável pelo acesso para o uso proposto, com capacitação logística para

vigilância e inspeção e para avaliação das condições totais do sítio. Obviamente que

tal órgão deveria ter uma coordenação em nível federal.

Continuidade Precedente

Uma vez o uso do mar venha a ser estabelecido dentro de um dado local os

empreendedores têm o direito de presumir que suas atividades não serão

embargadas, ou de alguma forma bloqueadas, de continuação. A menos que sua

concessão tenha sido condicionada ou expressamente de natureza temporária.

Caso usos alternativos forem aprovados, e seu desempenho demonstre ser de boa

fé, deve haver uma forma de compensação dos prejuízos por ter sido preterido por

outra atividade, quando a sua intenção era de continuidade.

Substituição e Desalojamento

A despeito do Princípio de Continuidade Precedente, quando o interesse público ou

os objetivos nacionais em certas instâncias forem mais bem servidos poderá haver

a admissão de uma nova atividade, talvez até conflitante. A nova atividade deverá

buscar eliminar os conflitos pela aplicação de diferentes tecnologias e garantir um

benefício nacional maior derivado da substituição.

Uso por Apropriação

Uma vez aprovada uma atividade, terá o privilégio de continuidade. Todas as novas

atividades devem ser avaliadas cuidadosamente em termos da característica da

ocupação e sua influência sobre usos alternativos futuros. Desta forma, as

autorizações deveriam estipular a natureza temporária da autorização e quando

tem direito de Continuidade Precedente.

De forma a avaliar o grau de comprometimento da atividade, deveria verificar

fatores como o montante do custo fixo empregado na atividade proposta e a

59

natureza da atividade em relação a outras atividades em potencial dentro daquele

local específico. O uso atual deve minimizar futuros conflitos, se uma substituição

for esperada.

Desenvolvimento Sustentável

O desenvolvimento responsável dos recursos demanda um reconhecimento

consciente das conseqüências ambientais do uso dos mares. Os padrões e controles

ambientais são os mecanismos que proíbem a violação do ambiente natural. Este

princípio deveria exigir um conjunto de padrões de qualidade ambiental em

conjunto com considerações de impactos ambientais do uso proposto.

Conservação

Determinadas áreas deveriam ser selecionadas e não permitir sua perturbação pelo

desenvolvimento do recurso. Estas áreas são recursos naturais públicos que devem

ser gerenciados de forma a preservar seu estado natural e oferecer uma

conservação adequada à vida selvagem marinha, assegurar que qualquer uso

múltiplo seja completamente compatível com a conservação e, assegurar que estas

áreas de conservação adequadas sejam separadas para continuidade da pesquisa

ecológica dos oceanos.

Certamente que há um imensurável número de princípios e critérios que descrevem

determinados aspectos necessários para uma aplicação efetiva do uso do oceano,

das atividades marítimas e alocações no mar. Algumas poderão ser encontradas e

mencionadas nos capítulos subseqüentes. Contudo, a presente dissertação

intenciona levantar a discussão, que deve ser endereçada a outro fórum, onde

serão requisitadas uma mistura de informações, mecanismos administrativos e

condições específicas.

60

4 Avaliação de Sítios

O presente capítulo relaciona algumas informações básicas que, se disponíveis,

podem ser critérios úteis para a escolha de locais específicos para exploração dos

recursos energéticos do mar, em especial a energia das ondas. Trata-se também de

uma relação de serviços de engenharia aplicada para observância de cuidados

especiais em sítios marinhos. Portanto, são ações estabelecidas pela boa prática de

engenharia, cuja menção contextualiza alguns requisitos de informações

necessárias para o desenvolvimento de sítios marinhos para extração de energia. A

importância da observação desses requisitos reside na otimização do sítio, seja

através da seleção do local mais apropriado ou na identificação de necessidades

complementares de uma localidade já escolhida para execução das obras de

implantação no domicílio de uma usina de energia das ondas, aumentando

sobremaneira suas potencialidades de operação.

Há uma variedade de dados envolvidos no processo de seleção de um sítio

oceânico, que vão de fenômenos atmosféricos e oceânicos, passando por

componentes batimétricos, geológicos, geofísicos e geotécnicos do leito marinho,

até considerações sobre as questões ambientais.

A escolha apropriada de um sítio é essencial para muitos projetos de engenharia no

mar. É um processo fortemente influenciado pelo julgamento de engenharia, que

também é limitado por questões econômicas, políticas e sociais. Assim, com esta

introdução ao assunto pretende-se:

• Fornecer um caminho lógico para a avaliação de sítios;

• Discutir os requisitos para sua escolha;

• Sugerir melhorias qualitativas e quantitativas no conhecimento ambiental

das condições locais.

A coleta de dados é um processo que subsidia um projeto com informações

importantes, capacita a equipe para realização de estudos diversos que auxiliam

nas tomadas de decisões, além do que pode enriquecer documentos com detalhes

técnicos suficientes.

Existem diversas formas de se tentar resumir critérios de investigação de sítios

para diversos fins. Escolheu-se por discutir o processo de avaliação e seleção de

61

sítio, para evidenciar uma variedade de fatores que devem ser considerados na

investigação da localização marinha (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976).

4.1 Fatores de Localização

As Tabelas de 4.1 a 4.8 estabelecem alguns detalhes sobre os vários fatores que

devem ser considerados no processo de seleção locacional. Não há nenhuma

intenção de inferir que todos estes fatores precisam, necessariamente, ser

considerados para um determinado sítio. Geralmente, os fatores mais importantes,

juntamente com o econômico, político e social, serão os impactos ambientais na

estrutura bem como a interação da estrutura com o leito marinho. Por fim, podem-

se incluir os fatores geológicos e geotécnicos.

Tabela 4.1: FATORES ATMOSFÉRICOS Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

• Ventos:

- Reinantes - Operação: velocidade, direção, duração e freqüência;

- Tempestade – Inoperáveis: (furacões, tornados, ciclones) velocidade, direção, duração,

freqüência, intervalo de recorrência (período de retorno), previsibilidade;

- Características de Dispersão: calor, gases, materiais radioativos, etc. ventos

prevalecentes na camada de ar superior;

• Propriedades Físicas: temperatura, umidade e pressão;

• Precipitação: tipos, quantidades, duração, freqüência, e intervalo de recorrência;

• Visibilidade: tipos de restrições (neblina, névoa, nuvens, precipitação), distância, duração,

freqüência, e intervalo de recorrência;

• Condutibilidade de Energia: reflexão e refração de freqüência baixa, média e alta (rádio, radar,

ajuda à navegação, etc.), transmissão de luz (laser).

62

Tabela 4.2: FATORES OCEANOGRÁFICOS Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Propriedades físico-químicas: temperatura, salinidade, densidade, gases dissolvidos (CO2, O2),

químicos ou poluentes; efeitos eletromagnéticos, mecânicos, óptico (turbilhonamento),

corrosivos.

(2) Variação do nível do mar: tempestades de ondas, marés, tsunamis.

(3) Ondas

(a) Geral:

Vagas, swell, pista, velocidade, direção, dispersão, transporte de massa, características

(altura, comprimento, período, espectro); arrebentação; refração; difração; ondas

internas e tsunamis.

(b) Considerações Locacionais:

(i) Ondas de tempestades: período e altura significante de ondas e swells para cada

direção, espectro de onda; duração da tempestade e freqüência de ocorrência.

(ii) Ondas reinantes e de operação: período e altura de ondas e swells; resistência e

freqüência de ocorrência.

(iii) Refração de Onda e argumentação sobre a topografia do solo marinho e

estrutura adjacente.

(iv) Erosão e depósito pela ação das ondas e correntes induzida por ondas.

(4) Correntes

(a) Geral:

(i) Tipos: (direcionada pelo vento, maré, inercial, baroclínica, barotrópica, e

turbilhonamento); localização (superfície, profundidades intermediárias,

fundo); Estratificação; direção; velocidade; persistência; estabilidade;

turbulência; variação (sazonal, flutuação, degenerescência); espectro;

rotação e freqüência de ocorrência.

(ii) Dispersão de calor e/ou poluentes.

(iii) Transporte litorâneo.

(iv) Erosão e depósito do solo pela ação de correntes.

(b) Considerações locacionais: distribuição de velocidade com relação às coordenadas x, y

e z e ao tempo; velocidade média e campo de velocidade.

(5) Gelo oceânico:

(a) Tipos (deslocamento, picos, pequenos icebergs, amontoamento, ilhas de gelo, placas de

gelo anual e plurianual, montanhas e elevações); estatísticas de ocorrência;

velocidade, direção, composição (salinidade, densidade, estrutura); formação e

solidificação.

(b) Aglomeração e empilhamento de gelo devido à topografia ou estruturas adjacentes.

63

Tabela 4.3: FATORES GEOLÓGICOS E GEOFÍSICOS Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Materiais do Substrato:

Composição (solo e rocha); estrutura; estratificação; depressão de estratos e minérios;

descontinuidade (falhas, fraturas, juntas, fissuras, berços planos) e afundamento de

sobrecarga.

(2) Topografia:

Inclinações locais e regionais, rugosidade, regularidade (continuidade lateral-variação);

presença ou ausência de afloramento e grandes rochas na superfície ou sob ela; presença ou

ausência de resultados de erosão (barrancos, desfiladeiros, canais, etc.) ou resultados de

depósitos (deltas, cones, molhes, etc.).

(3) Estabilidade:

Existência e susceptibilidade de depressão, corrediço, correntes turbulentas, ondas de areia,

cratera (devido a gases); presença de gases livres ou dissolvidos; magnitude da

desgaseificação, etc.

(4) Taxa de Erosão do sítio, áreas adjacentes e praias (retirada) e deposição (acréscimo);

(5) Propriedades Geofísicas dos solos e rochas;

Velocidade acústica e atenuação; anomalias gravitacionais e magnéticas; condutividade-

resistividade.

(6) Sísmicos:

Proximidade a falhas conhecidas, sua sensibilidade sísmica e probabilidade da ocorrência de

abalos; espectro sísmico; atenuação e amplificação devido ao solo; ondas acústicas (impacto);

ondas de superfície sísmica no solo; tsunamis (efeito de mar aberto e espraiamento em áreas

costeiras); atividade vulcânica regional.

Tabela 4.4: FATORES GEOTÉCNICOS

Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Classificação de solos e rochas; consistência e composição.

(2) Solo superficial e variabilidade vertical.

(3) Resistência a cortes, características de deformação e capacidade de sustentação.

(4) Características de compressibilidade e permeabilidade.

(5) Estabilidade: comportamento do solo sob carregamento estático e dinâmico (cíclico).

(6) Potencial de liquefação sob carregamentos ambientais (tempestades, terremotos, etc.).

(7) Resistência de ruptura (durante a construção ou operação).

(8) Características Sísmicas (vide tabela 4.5).

Tabela 4.5: FATORES DA BIOTA MARINHA Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) População, densidade, mudanças cíclicas, sazonais e diárias; ecossistema costeiro e oceânico.

(2) Sensibilidade à mudanças na temperatura, turbulência e poluentes.

(3) Efeitos da estrutura em fornecer proteção e área de procriação adicionais.

(4) Efeitos da biota (abalroamento, escavação, abrigos naturais, ataques marinhos e

biodeteriorização).

64

Tabela 4.6: FATORES CONSTRUTIVOS Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Disponibilidade de materiais de construção (cimento, brita, aço, etc.).

(2) Disponibilidade de locais de construção (canteiros de obras).

(3) Disponibilidade de mão-de-obra com habilidades apropriadas.

(4) Disponibilidade de equipamentos de construção.

(5) Condições climáticas durante o período de construção (vide Tabelas 4.3 e 4.4).

(6) Infra-estrutura de apoio em terra.

(7) Infra-estrutura de comunicação e levantamentos de campo.

(8) Disponibilidade de atividades de suporte (ex.: mergulhadores, lanchas, etc.).

(9) Infra-estrutura para transferência de pessoal.

Tabela 4.7: FATORES POLÍTICOS, DEMOGRÁFICOS E GEOGRÁFICOS Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Localização básica em relação a terra, principais cidades, mercados e matérias primas.

(2) Jurisdição política: leis aplicáveis, regulamentação e restrições construtivas.

(3) Proximidade de áreas populacionais e suas características, se urbana, suburbana, recreacional,

etc.

(4) Disponibilidade de infra-estrutura de suporte e suas conexões e normas; píer, docas, armazém,

transporte, dutos, cabos de energia elétrica, comunicação e dados, etc.

(5) Distância offshore: distância ao porto de suprimento, suporte e distância do mercado;

(6) Requerimentos acústicos, estéticos e suas considerações.

(7) Regulamentação e disponibilidade de sítios para descarga de resíduos, água aquecida e outros

materiais.

(8) Possibilidade de sabotagem.

Tabela 4.8: OUTROS FATORES - ÁREAS ADJACENTES – MAR, TERRA E AR Fonte: (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976)

(1) Proximidade das linhas de navegação, tamanho e freqüência das embarcações; probabilidade

de colisão.

(2) Canais de Navegação, restrições e apoio.

(3) Barcos de passeio e recreação.

(4) Frota pesqueira: berços de ostra, camarão, animais rastejantes e sensibilidade à perturbação;

(5) Operações militares: ar, superfície marítima e submarina.

(6) Proximidade de estruturas, operações e seus efeitos, absorções, descargas e uso do mar.

(7) Tráfego aéreo; proximidade de aeroportos; tamanho e freqüência das aeronaves; sobrevôos e

barulhos.

(8) Uso de áreas adjacentes; seus efeitos na estrutura e suas atividades.

(9) Proximidade de cabos de força e comunicação submarinos e linhas de dutos de óleo e gás.

65

4.2 Levantamento de Campo

A verificação de campo dependerá de um número de fatores, incluindo o tipo de

estrutura e das condições climáticas, métodos de controle de localização,

batimetria, provável estratigrafia do subsolo e/ou da estrutura, e do tipo de solo.

Os levantamentos de campo geralmente hão de requerer localização menos restrita

e controle de profundidade do que um levantamento de campo específico. A escolha

do veículo dependerá dos objetivos, recursos financeiros e disponibilidade. Os

veículos mais comumente utilizados são navios, alternativamente, submersíveis

tripulados ou não. Mergulhadores operando a partir de barcos ou estruturas fixas

ou flutuantes, também podem ser utilizados.

A realização de um levantamento deverá ser precedida de uma avaliação das

condições climáticas, regional ou local, e a identificação de áreas a se evitar. Estas

podem incluir áreas de rejeitos, sucatas de munição, rota de trânsito de

submarinos, campos de testes militares, testes civis e áreas de pesquisas e outras

áreas restritas.

As cartas náuticas são fontes de muitas informações, qualitativa e quantitativa, que

podem ser utilizadas no planejamento inicial dos levantamentos. No Brasil a

Diretoria de Hidrografia e Navegação – DHN – da Marinha do Brasil presta ao

público serviços de informações meteorológicas, dados oceanográficos, avisos à

comunidade marítima e catálogo de cartas náuticas da área de jurisdição brasileira

visando à segurança da navegação na área marítima de interesse do país e nas vias

navegáveis interiores.

Um levantamento completo deverá conter os componentes que dependem da

estrutura e de sua interação com o mar. A Tabela 4.9 relaciona quatro exemplos de

interação Estrutura-Mar. Normalmente os levantamentos de campo são feitos sob

contratos com preços fixos em águas protegidas e de custos reembolsáveis em

águas abertas.

66

Tabela 4.9: PROBLEMAS DE INTERAÇÃO ESTRUTURA-SOLO


__________________________________________________________________________

Estrutura Problemas __________________________________________________________________________

Oleodutos e Cabos Dificuldade de fixação ao leito marinho.

Plataformas Suspensas Capacidade das estacas de suportar grandes carregamentos na tração e

compressão, dificuldade de penetração no leito marinho; cravação de estaca

através do fino estrato resistente em direção a um estrato mais fraco;

Carregamento devido a tempestades.

Plataformas de Gravidade Capacidade de sustentação e assentamento diferenciado; resistência ao

deslizamento; efeitos das irregularidades do fundo e carregamento cíclico do

solo.

Sistema de Ancoragem Exatidão na alocação e capacidade de manter-se sob carregamento estático

e dinâmico.

4.2.1 Controle de Posicionamento

A seleção de método de controle de posicionamento, relativo ou absoluto, ou o

retorno a uma posição existente, é uma das decisões mais importantes no

levantamento de campo. É essencial selecionar o método adequado para o

levantamento em questão. Métodos atmosféricos podem ser visuais, astronômicos

e ajuda eletrônica à navegação. Métodos de interfaces ar e mar se baseiam em

bóias ancoradas e refletores de radar. Controles com base em terra utilizam

campos, distâncias, e/ou procedimentos para se conhecer marcos geográficos

naturais ou feitos pelo homem. Métodos submarinos podem incluir sonar, micro-

ondas e transponders acústicos. A natureza do levantamento e o fundeio disponível

ditará a precisão a ser mantida. Isto pode variar de acordo com a operação diurna

ou noturna.

Uma outra escolha será ainda o uso de um sistema ou rede de navegação existente

ou o desenvolvimento de um para o levantamento. Controle de posicionamento é

inerente a muitas embarcações, ou dependente de uma outra, como no caso de

muitas operações submersas. O posicionamento pode também ser referenciado a

faróis e transponders localizados no solo marinho.

67

4.2.2 Batimetria

A fase de planejamento de levantamento da batimetria envolve uma avaliação de

dados existentes disponíveis de navegação e de cartas com propósitos especiais.

“Planilhas de Embarcações” normalmente trazem dados sonoros em maior

abundância do que as cartas náuticas publicadas, as quais são preparadas a partir

de planilhas de embarcações feitas durante o levantamento da batimetria atual.

Freqüentemente, ambas terão que ser contornadas para obter o máximo de

informações batimétricas. Deve-se ter certo cuidado no uso dessas informações na

determinação adequada das linhas de nível, ou a área, e profundidade, de

dragagem necessária, ou ainda, se a profundidade apresentada foi, ou não,

corrigida na calibração da sonda utilizada. Mudanças em longo prazo de áreas

relativamente muito próximas da costa devem ser avaliadas através da comparação

de cartas, com base em levantamentos feitos em diferentes anos, décadas, ou

séculos. Mesmo assim, cuidados devem ser tomados na comparação dos

resultados, devido aos métodos de controle de posicionamento e determinação de

profundidade em diferentes levantamentos que podem apresentar grandes

diferenças.

Pode ser de interesse de engenheiros avaliarem tais efeitos nas estruturas como

escoamento e erosão, transporte de materiais do fundo e depósito ou acúmulo,

particularmente de areia no fundo. Tais efeitos poderiam ser determinados a partir

de cartas, obviamente de levantamentos separados. Mudanças do leito marinho no

período entre o levantamento e a instalação de estruturas também devem ser

consideradas. A probabilidade de tais mudanças aumenta se uma, ou mais

tempestades longas ocorrerem, ainda que isoladamente, ou se ondas de areia estão

presentes na área levantada.

Os métodos de levantamentos são diferentes, vão depender do propósito geral, ou

específico da seleção do sítio. Em geral, um sonar scanner lateral pode servir para

cobrir uma área rapidamente e identificar obstáculos naturais ou artificiais. Eco-

sondas direcionais podem ser satisfatórias para as batimetrias em geral. Para estes

levantamentos, a navegação convencional, usando uma rede de navegação

existente, pode ser adequada para o controle de posicionamento. Por outro lado,

levantamentos detalhados podem exigir um grau de precisão que não pode ser

obtido utilizando métodos comuns do estado da arte. Nestes casos, determinação

68

exata e precisa da profundidade pode necessitar do uso de eco-sonda mais restrita

e/ou transdutores profundos em reboques. O controle de posicionamento

normalmente precisa do desenvolvimento de uma rede especial de navegação.

Os navios podem utilizar ajuda eletrônica para navegação exata ou outro método

de controle de posicionamento. Eco-sondas ou sensores de pressão desenvolvidos

para veículos submersíveis podem ser eficazes para determinação exata da

profundidade em áreas limitadas. De qualquer forma, o controle de posicionamento

de qualquer veículo submerso será mais difícil e menos preciso do que as

embarcações de superfície. O mesmo é verdadeiro para operações de mergulho.

4.2.3 Reflexão e Refração do Substrato

A identificação da estratigrafia do substrato e estrutura geológica se faz necessária

para qualquer estrutura de engenharia que penetre mais do que apenas alguns

metros no leito marinho. O mais simples dos métodos de reflexão sísmica de canal,

usando equipamento contínuo de gravação, pode se fazer adequado para muitos

dos propósitos da engenharia.

Levantamentos de reflexão sísmica multi-canal processados digitalmente

encampam uma resolução superior da estratigrafia do substrato, com grande

aumento dos custos caso seja necessário levantamento mais detalhado. Para

determinação de profundidade exata utiliza-se a velocidade do som em estrato

mais profundo onde um método de refração é mais adequado.

Levantamentos de reflexão e refração podem ser muito úteis na identificação do

tipo genérico do material de fundo e na determinação da geometria das camadas

do substrato do solo e rochas na amostra de superfície inicial ou furos de brocas de

perfuração. Outros propósitos dos levantamentos acústicos encontram-se listados

na Tabela 4.10.

69

Tabela 4.10: SISTEMA ACÚSTICO: SEUS PROPÓSITOS E FREQÜÊNCIAS


__________________________________________________________________________

Sistema Acústico Freqüência (kHz) Propósito __________________________________________________________________________

Sistema de Águas Profundas 12-80 Águas Profundas; mapas batimétricos.

Coluna D’água 3-12 Bulbo; flora, peixe, resíduos na coluna d’água.

Sonar Scanner Lateral 38-250 Irregularidades no fundo; deposição no fundo.

Substrato Acústico:

Transdutor Sintonizado 3,5-7 Detecção de Bulbo; penetração do substrato (30m).

Eletroquímico 0,8-5 Penetração do substrato (120m); melhor resolução

das zonas carregadas de gás ativas e não-ativas.

Sparker:

Padrão 0,04-0,15 Penetração do substrato (915m).

Stacked= Agrupamento Óptico 0,04-0,15 Penetração do substrato (915m); melhor resolução

horizontal; informação gravada em fita magnética.

4 kJ e 10 kJ 0,04-0,15 Penetração (305 e 915m) respectivamente.

Resolução do sedimento e ambiente geológico

horizontal e vertical, gravação em fita magnética.

Debubbled 0,04-0,15 Níveis de energia 4 kJ e 10 kJ, resolução superior a

Padrão e a Sparker de Stacked = agrupamento.

óptico;

Detecção direta de sedimentos na carga de gás;

Agrupamento Digital 0,04-0,15 Penetração do substrato (915m); dado gravado

em fita magnética.

__________________________________________________________________________

Para os métodos de reflexão e refração serem usados de forma mais eficiente

muitas das variáveis devem ser otimizadas. A penetração da energia acústica no

fundo, e sua detecção, dependem da magnitude da energia de saída do transdutor

ou da fonte sonora, freqüência do som, profundidade da água, propriedades

acústicas dos materiais do substrato e outros fatores, tais como velocidade do

navio ou veículo e condições de ondas. A resolução das camadas do fundo está

relacionada com a freqüência do som e alta resolução resulta do uso de altas

freqüências. Infelizmente, a profundidade de penetração é inversamente

proporcional à freqüência do som. Tanto a grande penetração e a alta resolução são

indisponíveis com uma fonte sonora de freqüência simples.

Fontes de baixa freqüência de banda larga podem ser usadas para penetração

profunda e a resolução pode ser melhorada pela filtragem seletiva da energia

refletida ou refratada das camadas do substrato e pelo processamento do sinal para

realizar a detecção da camada. Este método é relativamente caro. Um método

70

comum mais barato é o uso de uma fonte sonora de 3,5 kHz que permite uma

razoável penetração e resolução para muitos propósitos de engenharia. A

velocidade do navio ou veículo e as condições de ondas afetam sobremaneira a

qualidade dos ecogramas de substrato. Maiores detalhes poderão ser obtidos

quando a velocidade da embarcação for relativamente baixa e quando a altura de

onda for relativamente baixa também.

4.3 Amostragem do Solo

O tipo de material de fundo determinará o método de levantamento para os solos

coesivos e não-coesivos e para rochas fracas ou fortemente endurecidas.

Geralmente encontra-se barro (mistura de areia e silte) em recifes continentais,

baías, estuários e embocaduras de rios. Predominam nos bancos de areia os solos

de silte e areia de granulometria mais grossa. Solos barrentos de granulometria

mais fina e lodos de origem biogênica são comuns em águas com profundidades

maiores que 200 metros. A composição do solo tende a variar com a latitude. Na

plataforma continental, barros e areias geralmente são compostas de partículas de

carbonato de cálcio nas latitudes tropical e subtropical, enquanto que partículas de

quartzo e feldspato predominam em latitudes maiores. Rochas afloradas são mais

comuns próximas das pontas inclinadas mar à dentro do que próximo da terra,

portanto são encontradas na inclinação continental e no solo de águas profundas.

A identificação adequada de materiais do solo de superfície, para qualquer

propósito de localização, pode ser obtida nas anotações de fundo das cartas

náuticas, de mapas publicados pelas agências hidrográficas ou oceanográficas, e a

qualidade de traços aparentes do leito em ecogramas. Materiais leves tendem a

resultar num traço flocoso ou difuso, enquanto materiais duros são indicados por

um traço pronunciado. As anotações das cartas e informações de mapas podem ser

não confiáveis, mesmo para propósitos gerais; conseqüentemente, um

levantamento do tipo de solo se fará necessário.

Os métodos de amostragem podem ser divididos de acordo com a distância de

penetração solo adentro. Amostragens de superfície para profundidade de alguns

poucos metros podem ser realizadas por amostras arrancadas ou coleta de grãos

por uma embarcação estacionária. Os tipos pequenos de grãos em queda livre ou

arranque de amostras podem ser realizados de embarcações submarinas. Caixão de

grãos por gravidade normalmente fornece pequenos grãos de alta qualidade.

71

Amostras de pequenos grãos ou de arranque podem ser obtidas por submersíveis

ou por mergulhadores.

Amostragens a uma profundidade de cerca de 30-50 metros são feitas,

convencionalmente, usando tipos de pistões marino-geológicos. Para todos os

pistões, se o êmbolo é móvel com relação ao fundo, durante a passagem da

embarcação sobre a superfície desejada, o pistão é operado dinamicamente. Caso o

pistão seja fixo com relação ao solo, durante a passagem da embarcação sobre a

superfície desejada, o pistão é operado estaticamente. Este último é preferível.

Inovações mais recentes no campo da engenharia são os tubos incrementais

simples e múltiplos. Os pistões incrementais são modelos estáticos que coletam

uma amostra de qualidade mais alta que os modelos dinâmicos. Os métodos de

gravidade e de pistões são usados somente para amostras de materiais de

granulometria fina. Solos de granulometria grossa são coletados utilizando vibro

tubos; esses modelos podem ser usados para amostras de solo de granulometria

fina. É mais comum na amostragem de solos para profundidades maiores que 30-

50 metros a coleta por punção ou pistão operando por furos de brocas ou testes de

perfuração. In situ, os modelos remotos tais como lâmina rotatória, penetrômetro e

pressurômetro tornaram-se mais usuais. Perfuratrizes também podem ser usadas

para profundidades de 30-60 metros, usando equipamento operado por

mergulhador em águas com profundidade menor que 50 metros. A profundidade de

um furo deve ser ao menos tão profunda quanto um comprimento de uma estaca

de plataforma offshore. Devem ser feitos muitos furos a uma profundidade de 30-

40 metros na adjacência da plataforma de gravidade proposta.

4.4 Localização e Identificação de Objetos no Leito Marinho

Os métodos de levantamento usados para evitar obstáculos, para alocar e

identificar objetos, tais como oleodutos, itens perdidos no mar (recuperação) e

itens propositalmente posicionados no mar podem ser diferentes de outros tipos de

levantamento. Os métodos mais empregados são: eco-sondas, sonar scanner

lateral, fotografia e fotogrametria, televisão, submersíveis tripulados e não

tripulados e mergulhadores. Para maiores detalhes as câmeras fotográficas e de

televisão podem ser guiadas pelo fundo ou plataformas cuja altitude é mantida

sobre o fundo quando o aparato for conduzido às profundezas. O posicionamento é

mantido usando-se transponders.

72

4.5 Levantamentos Especiais

Ocasionalmente, os métodos de levantamentos de campo serão usados para outros

propósitos além daqueles mais óbvios apresentados na Figura 4.2. Podem ser

aplicados a levantamentos magnéticos e de gravidade a partir de veículos

submersíveis, aviões ou submarinos; medições de rastro de calor de embarcações

estacionárias e levantamentos de sismógrafos colocados no fundo para detecção de

terremoto sensitivo.

É provável que haja inovações promissoras em um futuro próximo para o

levantamento de campo, usando métodos acústicos e elétricos, para avaliar

dimensões de grãos do solo e medir substância na água. Resistividade elétrica e

modelos acústicos podem ser usados in loco ou puxados por uma embarcação

submersa. Estas técnicas experimentais não foram ainda desenvolvidas para o

levantamento de sítios e provavelmente serão usados dentro dos próximos anos.

4.6 Processo para Avaliação e Seleção de Sítios

Inicialmente um sítio é procurado para domiciliar uma usina e uma estrutura de

sustentação precisa ser projetada para o sítio apontado. Determinadas

considerações são feitas em função dos parâmetros ambientais mais comuns

através de macro suposições para essa fase conceitual. Logo após a estrutura é

avaliada. Os extremos físicos ambientais, para efeitos de resistência e/ou

desempenho satisfatório em relação às necessidades específicas de projeto,

tornam-se necessidades estruturais daquele sítio. Eles deveriam ser quantificados

por valores absolutos, resolução e precisão nas características ambientais dessa

localização. Por exemplo, se uma profundidade de água, máxima ou mínima, pode

ser previamente estabelecida, a resolução da profundidade determinará o tipo da

verificação de campo necessária e a precisão determinará o tipo de equipamento de

investigação a ser utilizado, ou ainda o número de repetições do levantamento.

O conhecimento dos fenômenos que afetam o local, para fins de projeto, determina

a interação entre a estrutura e o ambiente. O sítio, ou sítios, são avaliados

detalhadamente para estes elementos ambientais que afetam a estrutura, e vice-

versa.

73

4.6.1 Processo de Avaliação

A seguir é mostrado um esboço passo a passo que pode ser usado em muitos

projetos de avaliação e seleção de sítios (RICHARDS, LING & GERWICK, 1976).

Definir as áreas geográficas a serem avaliadas

Procura em mapas, discussão com personalidades conhecedoras da região e

cuidados com os limites geopolíticos pode resultar na definição preliminar de sítios

em potencial.

Definir os fatores ambientais que precisam ser avaliados

Função da interação da estrutura com o ambiente. Deve ser considerada a interface

de todo o sistema com o oceano, incluindo o planejamento, projeto, estágios de

implantação, operação e condições de manutenção. Atenção especial deverá ser

dada ao uso da estrutura, sua resposta às cargas ambientais, sua vida útil

operacional, seus impactos ambiental e social. Os limites, superiores e inferiores,

aceitáveis para as variáveis ambientais são definidos para considerações de custo e

de complexidade da estrutura.

Procura por dados disponíveis

Esta é uma procura por dados históricos e por investigações em andamento para

avaliação de sua contribuição potencial. As fontes de informações incluem mapas,

textos em revistas, jornais, reportagens, etc.

Avaliação dos dados disponíveis - sua suficiência e lacunas

Há três situações mais prováveis:

• Quando não há disponibilidade de dados ou os mesmos são insuficientes

para o nível de detalhamento requerido.

• Os dados disponíveis representam somente um pequeno intervalo de um

fator dinâmico, tal como dados sazonais.

• A qualidade dos dados é questionável em relação ao equipamento de coleta

de dados, a técnica de análise e/ou a apresentação.

Definir as melhorias necessárias nos dados ambientais

Quando os dados forem incipientes ou insatisfatórios e requerem novos

levantamentos e leituras ambientais.

74

Determinar o nível de detalhamento requerido

• Informações gerais para conceituação, impactos ambientais, ou

considerações preliminares para aproximações;

• Informação detalhada para projeto e seleção de componentes;

• Informação refinada para elaboração de projetos precisos, confirmação de

predições, ou a fase final de instalação.

Definir soluções para as insuficiências

Traçar planos de aquisições. Considerar o uso de conhecimento fundamental (teoria

sobre circulação oceânica, processos geológicos, hipóteses de migração animal,

etc.), para extrapolar tais informações a partir de um mínimo de dados. Considerar

modelações numéricas e físicas e a validade de modelos primários, lembrando que

os resultados são tão bons quanto as considerações usadas. Considerar a aquisição

de dados adicionais no mar, certificando-se que o dado a ser coletado trará uma

melhora importante sobre o dado disponível ou extrapolado, obtido por soluções

analíticas ou por modelagem.

Interface com outros profissionais

Planejadores, projetistas, instaladores e pessoal de operações, para a confirmação

de que as soluções pretendidas forneceram dados ambientais compatíveis com seus

requerimentos, dentro de um tempo aceitável e limites econômicos.

Executar a solução proposta

Atenção redobrada ao controle de qualidade durante o processo de aquisição. Isto

inclui checagem adequada durante a análise e/ou quando da aquisição de dados,

para confirmar que a solução é apropriada. Para soluções no mar incluir

redundâncias para os elementos críticos de forma a compensar as perdas, danos ou

o mau funcionamento do equipamento. Assegurar que o dado resultante seja

apresentado em formato útil aos envolvidos no projeto (planejadores, projetistas,

instaladores e/ou operadores).

4.6.2 Resultado

A priori, o processo de avaliação de sítios e os passos posteriores deveriam

desenvolver-se em uma matriz das características requeridas nos sítios

preferenciais. Estas características são divididas em grupos de “necessárias” e

“desejáveis”. Qualquer sítio que não satisfaça as características “necessárias” deve

75

ser eliminado. As características “desejáveis” devem ser ponderadas e cada sítio

comparado com a característica e é atribuído um valor numérico relativo para cada

fator em consideração. Este procedimento propiciará uma comparação qualitativa e

quantitativa entre os prováveis sítios.

Em primeira instância os dados ambientais dos sítios são usados para simular o

comportamento da estrutura, tais como aqueles que não apresentam ressonância

dentro de freqüências primárias das ondas, ventos ou correntes no sítio. A

orientação da estrutura deveria ser selecionada pela análise do melhor resultado ou

utilização da direção preferida dos fenômenos naturais que afetam o ambiente. O

projeto de fundações levará em conta as condições do solo marinho determinadas

durante o processo de avaliação do sítio.

Por fim, a seleção de sítios marinhos é essencial para quase todos os projetos de

engenharia costeira. O processo de localização pode ser simples ou complexo,

barato ou muito caro. A seleção de um sítio pode utilizar somente dados existentes,

publicados ou não, ou pode envolver levantamentos de campo no mar, de pequena

ou grande magnitude. Os dois processos de avaliação e seleção de sítios são

controlados pela estrutura ou pelo sítio. No primeiro método a estrutura controla a

escolha do sítio, enquanto que no segundo método o sítio controla o projeto da

estrutura. Geralmente, ambos os métodos sofrerão uma combinação. Há um

grande número de fatores que podem ser considerados no processo de avaliação e

seleção de sítios. Os mais importantes deles são os fatores meteorológicos,

impactos ambientais e os fatores geológicos e geotécnicos do leito marinho e da

interface costeira.

Em resumo ao que foi dito neste capítulo, a Figura 4.1 estabelece a seqüência

ordenada dos passos mais importantes no desenvolvimento de uma usina para

geração elétrica pelas ondas do mar. Obviamente que cada passo se subdivide em

outras tantas tarefas, permeando, ou se sobrepondo, por diversas atividades,

grupos e órgãos.

76

Figura 4.1: Seqüência de Atividades de Implantação

A localização de uma usina de energia das ondas, de maneira genérica, pode ser

dar por um desses dois fatores: direcionada pela abundância do recurso energético

(análise macro-regional) ou direcionada pela demanda, dada a necessidade

1 Objetivo da usina

Análise macro-regional Análise micro-regional

2 Definição de áreas geográficas

Opção A Opção B Opção N

3 Climáticos 3 Geomorfológicos 3 Ambientais

5 Interação dos Fatores atmosféricos e Geográficos

7 Projetos executivos e Estudos especiais

8 Aprovações legais

9 Planejamento da implantação

10 Construção e implantação

11 Operação e monitoramento (manutenção preditiva, preventiva e corretiva)

4 Layout da usina

3 Seleção do sítio

6 Avaliação de impacto ambiental

77

particular de uma região ou localidade (análise micro-regional). A experiência

brasileira inclina-se para este segundo caso.

Esta diferenciação será determinante em muitos dos equipamentos da usina no seu

objetivo de conexão no grid ou atendimento isolado (1).

Qualquer que seja a motivação, em termos macro-regionais ou micro-regionais, a

maior disponibilidade do recurso será mandatória. Com a definição de áreas

geográficas (2).

Na seleção do sítio específico faz-se necessário o levantamento de dados climáticos,

ambientais e geomorfológicos (vide Tabela 4.1 e 4.2) (3).

Selecionado o sítio, faz-se escolha do layout da usina (4) e a sua interação com os

fatores atmosféricos e geográficos (5). Nesta interação incluem-se os estudos da

estrutura de fixação da usina e de geotecnia.

Nesta etapa realiza-se avaliação dos impactos ambientais (6). Em um processo

iterativo são elaborados os projetos executivos e estudos especiais (7).

De posse desses documentos da-se entrada do requerimento de permissão,

autorização e licenças junto aos órgãos competentes (8).

Inicia-se o planejamento para implantação da usina que se dá com a elaboração

dos projetos detalhados, seleção de fornecedores e equipes, definição do logístico e

operacional e do cronograma físico financeiro, etc. (9).

Os itens anteriores sendo atendidos e aprovados, a construção e implantação

podem ser iniciados (10), dentro da prática da boa engenharia e em observância as

melhores estações climáticas, bióticas e sócio-políticas.

A usina entrará em operação mediante um plano de funcionamento estabelecido

pelos projetistas. Um monitoramento dos subsistemas da usina e de seus principais

componentes será de fundamental importância para compor o programa de

manutenção preditiva, preventiva e corretiva (11).

78

5 Impactos Ambientais da Exploração da Energia das Ondas

O objetivo dessa etapa do trabalho é discutir as barreiras em potencial e os

benefícios do desenvolvimento da energia das ondas e apresentar algumas

recomendações para sua implantação.

As informações obtidas a partir das plantas existentes, ou em desenvolvimento,

demonstram que as situações encontradas até o presente momento, concernentes

aos impactos ambientais, não constituem maiores problemas ao seu

desenvolvimento em larga escala.

Dado o baixo nível de experiência prática da energia das ondas, seja pelo reduzido

número de plantas e/ou pelo tempo decorrente de sua implantação, recorre-se à

experiência e percepção ambiental e social de indústrias comparáveis, quando

aplicável, como guia e base para a elaboração de estudos similares dos impactos de

energia das ondas e de diretrizes para seu desenvolvimento.

É importante ressaltar que, recorrendo às experiências de outras tecnologias, em

muitos aspectos essas experiências se prestam mais a recomendações e cuidados

prévios que à administração dos possíveis conflitos causados pelas tecnologias da

energia das ondas propriamente dita.

Um detalhe também importante é que a existência dessas prováveis barreiras, à

energia das ondas ou seus similares, é totalmente dependente do sítio específico e

por isso só será possível uma apresentação genérica do assunto. Pode ser que as

barreiras e dificuldades específicas, para um determinado sítio, só sejam

descobertas durante o seu processo individual de desenvolvimento, principalmente

para aqueles projetos de energia das ondas de maior porte.

Falar de energia das ondas é falar de um vasto número de aparatos de diferentes

tecnologias (vide ANEXO). Portanto, seus impactos, além de dependentes do sítio

em questão, dependem, e muito, da tecnologia de conversão empregada também.

Por se tratar de energia limpa e de alta flexibilidade na sua instalação, identifica-se

a enorme possibilidade de cooperação no uso compartilhado com outras atividades,

revelando soluções altamente positivas, dentro de determinados contextos, que

seriam impactos negativos em outros (RICARTE & ESTEFEN, 2003).

79

O estabelecimento de sistemas de energia das ondas teoricamente pode evitar

muito dos impactos ambientais que historicamente surgiram com a rápida

expansão de algumas indústrias costeiras e offshore.

É mais que recomendável, além de único caminho lógico, basear-se nesses acertos

e erros para estabelecer os efeitos diretos, indiretos e induzidos de um projeto,

evidenciando os fatores como (ELETROBRÁS, 1999):

• Meios bióticos e Antrópicos;

• Água, Ar, Clima, Solo e Ocupação;

• Materiais;

• Herança Cultural e Histórica;

• Interação entre esses fatores.

A importância do entendimento da inserção harmônica de uma planta de energia,

em um determinado contexto, reside na procura de minimizar os efeitos da planta

no ambiente e vice-versa, em benefício do meio ambiente e do próprio

empreendimento. Efeitos esses que transcendem os aspectos físicos do

empreendimento, passando por questões antrópicas, bióticas, etc. Trata, portanto,

da identificação dos aspectos que poderão inviabilizar a implantação e operação do

empreendimento.

Todos esses aspectos delineados nesta introdução e discutidos no texto que se

segue permitem uma percepção mais qualitativa que quantitativa, já que também

estará se referenciando a contextos histórico-culturais, e de desenvolvimento sócio-

econômico, diferentes dos nossos. Porém as probabilidades do surgimento de

impactos semelhantes existem além de uma escala local e não devem ser

ignoradas.

Os impactos da exploração da energia das ondas serão abordados em seis itens

(SOERENSEN et al., 2003):

• Impacto dos Aparatos sobre o Ambiente;

• Impacto do Ambiente sobre os Aparatos (THORPE & PICKEN, 1993);

• Conflito de Interesses;

• Aceitação Pública;

• Planejamento Político;

• Benefícios da Energia das Ondas (RICARTE & ESTEFEN, 2003).

80

A presença desses efeitos, em maior ou menor quantidade, influenciará o

planejamento, os custos, prazos e autorizações legais para o desenvolvimento e

implantação da usina sendo, portanto, de fundamental importância nos aspectos

econômicos de um projeto.

Os efeitos reais advindos da instalação de uma usina de energia das ondas serão

conseqüências do entendimento, e do tratamento prévio, dessas questões

relacionadas, evitando-se embargos, serviços adicionais ou obras reparadoras,

indenizações, e imprevistos quaisquer que venham onerar ou ultrapassar seu

orçamento.

Seria interessante, para um melhor entendimento genérico dos aparatos, ter em

mente o caráter de múltipla aplicação das concepções para exploração de energia

das ondas. Esta percepção ajudará a entender as extensões de seus impactos e

benefícios.

5.1 O Ambiente Marinho e Costeiro do Brasil

A zona costeira brasileira tem como aspectos distintivos sua extensão e grande

variedade de espécies e de ecossistemas. Em termos de área de abrangência, a

linha de costa se estende por 7300 km, número que se eleva para mais de 8500

km, quando se consideram os recortes litorâneos.

A zona costeira brasileira pode ser considerada uma região de contrastes. Por um

lado são encontradas nessa região, áreas onde coincidem intensa urbanização,

relevantes atividades portuária e industrial e exploração turística em larga escala,

como no caso das metrópoles e centros regionais litorâneos. Em grande parte estão

localizadas em áreas estuarinas e baías, centros difusores dos primeiros

movimentos de ocupação do Brasil, por constituírem, naturalmente, áreas

abrigadas.

Neste contexto, 5 das 9 regiões metropolitanas brasileiras encontram-se à beira-

mar: Fortaleza, Recife, Salvador, Rio de Janeiro e ainda Belém, em região

estuarina. As atividades econômicas costeiras são responsáveis por cerca de 70%

do PIB nacional.

81

Por outro lado, esses espaços são permeados por áreas de baixa densidade de

ocupação e ocorrência de ecossistemas de grande significado ambiental. No

entanto, estes espaços vêm sendo objetos de acelerado processo de ocupação,

demandando ações preventivas de direcionamento das tendências associadas à

dinâmica econômica emergente (a exemplo do turismo e da segunda residência), e

o reflexo desse processo na utilização dos espaços e no aproveitamento dos

respectivos recursos (IBAMA, 2002).

5.2 Impactos dos Aparatos sobre o Ambiente

Provavelmente serão estes aspectos que mais atrairão os interesses no que

concerne a questão de impactos e perturbação do ambiente marinho e em especial

a fauna durante o período de construção e operação da usina. Contudo, estes

impactos e os mecanismos envolvidos estão associados a incertezas de grande

significância.

5.2.1 Impactos Biológicos

Aves

A questão dos impactos ambientais das energias renováveis sobre aves e outros

voadores tem sido a barreira mais significante para o desenvolvimento de plantas

de energia eólica devido à rotação das lâminas e suas respectivas dimensões. Para

o caso de energia das ondas, no entanto, não há qualquer proximidade no que

concerne o layout da usina. As concepções de conversão de energia das ondas são

submersíveis, ou semi-submersíveis, não se elevam muito acima do nível do mar e

não existem rotores se movendo no ar ou, componentes mecânicos expostos,

eximindo esse vetor desse encargo.

Além do mais, as áreas de especial importância para as aves estão localizadas em

águas rasas e de pequenas amplitudes de ondas, sem interesse para o

desenvolvimento e exploração de energia das ondas. Caso haja a remota

possibilidade de coexistência, atenção especial se fará necessária referente ao

período de instalação de usinas na vizinhança onde houver concentração de berços

de aves. Para esta situação, a escolha do período de implantação, e do método

construtivo, pode ser relevante nos níveis de ruído que possam interferir na

gestação e no abrigo de aves.

82

A camada imediata sob a superfície dos aparatos de conversão de energia das

ondas pode tornar-se um bom ambiente de vida para pequenos peixes, mexilhões,

etc., atraindo colônias de pássaros. A área de uma usina de energia de ondas,

servindo de território de alimentos, pode suprir esta nova fauna com comida farta e

abundante. Com a melhora das condições alimentícias, o desalojamento dos

pássaros, quanto ao seu território de alimentos e repouso, será significantemente

minimizado.

Ainda que a preocupação não seja aplicável à energia das ondas é importante

assegurar que a usina não acarretará risco e nenhum dano físico aos animais e,

para isso, deverá ser projetada, especialmente nos detalhes da construção, para

evitar a entrada de pássaros nos compartimentos da usina, como válvulas de ar,

rotores, etc.

Mesmo a experiência da energia eólica revelou que as fatalidades envolvendo

pássaros devido às turbinas são dez vezes menores que o número de indivíduos

abatidos por caçadores, cem vezes menores que acidentes com cabos elétricos de

alta tensão e milhares de vezes menores que o atropelamento por automóveis

(HALLIDAY, 1993).

Caso se deseje, ou venha ser necessário, obter algum tipo de vantagem na

avaliação ambiental ou, ainda na aceitação perante o público, os aparatos de

energias das ondas, a exemplo de recifes artificiais, poderão ser utilizados como

abrigos, se a configuração estrutural assim o permitir.

Bentos e Leito Marinho

De forma genérica a perturbação do leito marinho e conseqüentemente da fauna do

fundo do mar, ocorrerá durante as fases de construção e descomissionamento

(sistemas de ancoragem, imersão de aparatos, fundações, cabeamentos, etc.).

Toda concepção offshore afetará a transparência da água e, conseqüentemente, o

sedimento local no fundo. Assim, atividades como perfuração, entrincheiramento,

bate-estacas e operação de dragagem, durante a colocação de fundações e

lançamento de cabos, aumentarão o carregamento de sólidos em suspensão,

afetando os bentos.

83

As estruturas montadas no fundo do oceano tendem a atuar como recifes artificiais

e introdutores de fauna. Não há, portanto, qualquer evidência que isso possa

causar mudanças na estrutura do biótipo, modificar os bentos e a cadeia alimentar.

Não dá para divagar sobre a qualidade e quantidade dos possíveis impactos sobre o

leito marinho e os bentos, já que seus comportamentos não são bem conhecidos. O

assunto nos remete à recomendação de estudos específicos e à consideração de

programas de manutenção e melhoria dos habitats para as espécies locais quando

do planejamento de projetos de exploração de energia das ondas em larga escala.

Peixes

No ano de 2000 foi conduzido um estudo específico para avaliação dos efeitos da

operação de turbinas de 220 KW no projeto piloto de energia eólica offshore em

Nogersund na Suécia (Försöksanläggning för Havsbaserad Vindkraft i Nogersund).

Os resultados conclusivos é que não foram identificados impactos negativos na

população de peixes, pelo contrário, foi detectado um incremento dentro de um raio

de 400m da turbina.

Um efeito positivo marcante de usinas de ondas em larga escala sobre os estoques

pesqueiros é a impossibilidade de realização de pesca de arrastão preservando,

desta forma, a procriação e o solo em repouso para determinadas espécies. Este

ponto, porém, pode conduzir a conflitos com pescadores e a indústria de pesca,

ainda que neguem a pesca de arrastão, jamais admitirão ser este o motivo de suas

perdas, atribuindo-as unicamente a existência da usina.

Um outro efeito marginal das usinas de ondas pode ser conseguido com uma leve

adaptação para funcionarem também como recifes artificiais. Isto não significa que

provocará grandes acréscimos na produção de peixes, mas servirá para agregar os

peixes de forma mais densa. Contudo este efeito teria que ser pensado

criteriosamente, pois é preciso ter em mente que nem sempre é desejável criar um

ponto de pesca onde antes não existia, devido ao tráfego e movimentos que ali

serão criados, alterando toda uma microrregião.

84

Mamíferos Marinhos

Os mamíferos marinhos são relevantes, mas não são proibitivos para o

desenvolvimento de aparatos de conversão de energia das ondas. As principais

perturbações de uma usina são temporárias e somente durante a fase de

construção. Os mamíferos marinhos, por sua vez são seres muito móveis e, se

deslocam por grandes distâncias em sua vida ordinária, podendo freqüentar

novamente aquela região quando restaurada a normalidade (SOERENSEN et al.,

2003).

A preocupação acerca de choques dos mamíferos marinhos com os equipamentos

em operação, suas paredes, lâminas de turbinas, etc., não são passíveis para os

modelos de usinas de energias das ondas, já que estas se encontram protegidas e

encapsuladas e, em alguns casos, até distantes de qualquer contato com a água do

mar. Outro aspecto relevante é o comportamento instintivo dos animais que evitam

qualquer objeto com movimento perigoso sob a água que lhe apresente ameaça.

Esta é a experiência universal da navegação marítima com relação ao casco e

sistemas propulsores das embarcações.

5.2.2 Impactos Físicos

Processos Litorâneos e Hidrografia

Os processos costeiros são os resultados de interações dos agentes dinâmicos, ou

fatores impulsores como ondas, correntes, marés, ventos e outros fatores, com a

zona litorânea. O conhecimento dos agentes, desde a sua descrição e magnitude de

variação a curto e médio prazo, é fundamental para avaliação dos processos e

funcionamento do sistema litorâneo.

O transporte de sedimentos na zona costeira é o resultado da ação desses agentes

impulsores que transmitem ao sistema um determinado conteúdo energético e se

traduzem no movimento de sedimentos e na modificação da linha de costa. Os

sedimentos das praias refletem as características da hidrodinâmica local. A onda é,

sem dúvida, o agente mais importante no que se refere ao movimento e transporte

de sedimentos na zona costeira (MAIA, 1998).

85

Os aparatos de conversão de energia das ondas podem ter uma variedade

considerável de efeitos sobre os fluxos hidráulicos, propagação de marés e

correntes marinhas. O efeito mais pronunciado talvez seja mesmo no regime de

ondas.

Os impactos sobre a hidrografia podem ocorrer para aqueles projetos de grande

porte, onde uma porção significante da energia contida nas ondas é capturada e/ou

refletida. Obviamente este efeito é totalmente dependente da área de cobertura, do

planejamento dos fluxos hidráulicos e da distância à costa. As estruturas fixas são

mais prováveis de alteração localizada da ação das ondas que os modelos

flutuantes.

Muitos dos modelos propostos transferem a energia das ondas ao aparato de forma

muito eficiente, podendo fazer surgir áreas de águas relativamente calmas por trás

dos equipamentos. Esta redução na ação das ondas pode ter efeito nos processos

de erosão costeira e transporte de sedimentos. Uma diminuição da energia contida

nas ondas, por transferência parcial a um aparato de conversão, poderia influenciar

a natureza da área costeira e as comunidades de plantas e animais que ela

sustenta.

Nas pesquisas realizadas para o litoral do Havaí deduziu-se que uma absorção de 5

a 10 por cento da energia das ondas por um aparato offshore poderia representar

uma redução de 3% a 5% na altura da onda na costa (HAGGERMAN, 1992).

Uma área de águas abrigadas a sotavento da nova construção de um aparato de

conversão acarretaria uma maior concentração de areia e sedimentos sobre o leito

marinho original. A Figura 5.1 mostra a sedimentação por trás de um conjunto de

obras costeiras construídas para engordamento de praia, exemplificando o que

poderia ocorrer como resultado da implantação de certas concepções. Ao mesmo

tempo a ilustração demonstra que determinados efeitos podem ser conseguidos

propositalmente, provocando um efeito marginal desejado.

86

Figura 5.1: Sedimentação por Trás de Obras Costeiras

Fonte: http://www.oce.kagoshima-u.ac.jp/users/kaigan/sediment/Ephotoce/page020.html

O esquema da Figura 5.2 mostra como se dá o processo de sedimentação, pela

difração da onda em direção às áreas de calmaria, onde a onda tem atuação

reduzida.

Figura 5.2: Processo de Transporte e Hidrodinâmico em Obras Costeiras - Conceito Fonte: http://www.enseeiht.fr/hmf/travaux/CD0102/travaux/optsee/bei/2/g22/p09.htm

Essa área apresentando sedimentação poderia não ser adequada ao

desenvolvimento de algas marinhas, que teriam sua floresta diminuída, perdendo

espaço para outros tipos de algas, como a alga marrom, por exemplo. Deste modo,

a diversidade biológica complementar dessa floresta de algas, epífito (vegetal que

Refração

Transporte de Sedimento para a costa bloqueado

Transporte Concentrado

Acréscimo Deposicional

Erosão Erosão Potencial

Ação das ondas reduzida

Transporte de Sedimento

Transporte de Sedimento reduzido

Transporte de sedimentos reduzido

Corrente de maré reduzida

Escoamento

Figura 5.2: Processo de Transporte e Hidrodinâmico em Obras Costeiras - Conceito

Fonte: http://www.enseeiht.fr/hmf/travaux/CD0102/travaux/optsee/bei/2/g22/p09.htm

87

se apóia sobre outros) e epizoites, poderiam ser reduzidas. A complexa cadeia do

sistema seria de alguma forma afetada.

O excesso no depósito de areia advindo do regime e fluxos de água alterados

poderia ainda afetar as fendas de rochas, ambiente necessário às lagostas. Em

contrapartida, o aumento de área abrigada permitiria a pesca de forma continuada.

Mudanças na hidráulica marinha e nos processos de sedimentação poderiam ainda

impactar os peixes e larvas temporariamente durante o período de construção da

usina, ainda que sem qualquer redução nos estoques. Esses impactos são mais

relevantes em áreas mais rasas e áreas de fecundação, onde os peixes mais novos

residem, devendo ser evitadas nos períodos de procriação.

O desenho da linha de costa poderia também ter sua dinâmica afetada por um

longo período de tempo, através do transporte longitudinal da areia, resultando no

aumento da sedimentação em algumas áreas de praias, bem como o assoreamento

em outras. Contudo, depende da dimensão do projeto e do contexto. Pode ser que

venha a ser necessária uma modelagem detalhada para implantação de certas

usinas. As Figuras 5.3 e 5.4 a seguir mostram a alteração na linha de costa devido

a interferência de obras costeiras. A primeira com resultados negativos e a segunda

com resultados como desejados e projetados.

Figura 5.3: Efeito Negativo da Alteração da Linha de Costa – Barra do Furado / RJ Fonte: COPPE / UFRJ / PENO / COV735 - Processos Litorâneos (VALENTINI, 2003)

88

Figura 5.4: Efeito Positivo da Alteração da Linha de Costa

Fonte: COPPE / UFRJ / PENO / COV735 - Processos Litorâneos (VALENTINI, 2003)

Por fim, podem ocorrer tanto impactos positivos como negativos dependendo, mais

uma vez, da localização e do layout do projeto. Os impactos positivos podem

ocorrer na forma de redução dos níveis de erosão na costa pela ação de captura e

reflexão da energia das ondas, onde este efeito for desejado. Contudo, são efeitos

de ação local.

Contudo não é só a presença de um aparato que determinará o processo e o grau

de sedimentação. O conhecimento da geologia da costa é fundamental para a

compreensão da estrutura, morfologia e distribuição dos sedimentos da parte

submersa. O grau de conhecimento da fisiografia e da distribuição dos tipos de

fundos da plataforma continental brasileira é variado, sendo bastante detalhado nas

zonas de interesse econômico, enquanto no resto das zonas submersas os

conhecimentos são incipientes (MAIA, 1998).

Cabos e Tubos Submersos

A experiência do lançamento de gasodutos submarinos mostra haver distúrbios na

suspensão de sedimentos em um corredor de cinco metros em volta dos dutos,

afetando organismos até cinqüenta metros de distância. Esta experiência também

mostrou uma rápida recolonização completa (SOERENSEN et al., 2003). Este efeito

89

não difere daquele que ocorre naturalmente em situação de mar revolto e

tempestades, sendo mais rotineiras que este curto e temporário evento de

instalação.

Outro aspecto que merece menção é a necessidade de se ter em mente as devidas

proporções dos cabos ante os dutos submarinos. Características como flexibilidade,

dimensões, peso, quantidade, necessidades específicas de instalação e

funcionamento beneficiam o lançamento dos cabos, limitando em muito, os

impactos de sua instalação.

Eletromagnetismo

Os cabos submarinos poderiam exercer influência potencial no meio, apesar de

existirem há quase um século e nenhum sinal negativo detectado. Contudo, para os

casos de altíssimas potências, quando enterrados a um metro no leito marinho

apresentam um campo magnético na superfície do leito imediatamente sobre o

cabo menor que o campo geomagnético, aquele que atua naturalmente ao redor do

planeta. Assim, impactos eletromagnéticos são improváveis.

Ruído

O barulho dos aparatos de conversão de energia das ondas pode surgir do

movimento dos componentes mecânicos, da transmissão de energia e da força

cinética do sistema de conversão. Além do mais, é possível que haja algum barulho

ainda oriundo de algum equipamento de controle.

O som se propaga com mais facilidade sobre o mar que sobre a terra e, se audíveis

na linha de costa, pode se refletir em atitudes populares contra a usina.

O nível de emissão de barulho aumenta em paralelo com o nível de barulho local. O

grau dos efeitos do barulho depende do caráter e nível de barulho local na

circunvizinhança, o qual no nosso caso está associado, principalmente, à

arrebentação das ondas. Só haverá impacto na fauna marinha se o ruído da usina

exceder o barulho do ambiente, especialmente aqueles advindos de navios e outras

embarcações, por exemplo. Assim, torna-se uma questão mais significante para os

modelos instalados em terra ou costões rochosos, especialmente para os modelos

90

com o princípio de coluna de ar oscilante (OWC) pelo fluxo de ar que o aparato

imprime através das pás das turbinas.

No início da operação da usina LIMPET (Land Installed Marine Powered Energy

Transformer) na Escócia foram feitas medições de ruído a 5 metros de distância do

aparato. As leituras foram amplamente variáveis, dependendo das condições de

ondas e, conseqüentemente, da velocidade da turbina. Foi observado um valor de

pico de 92 dB (A) ao sul da planta (DTI, 2002a). A Figura 5.5 apresenta a usina no

seu estágio inicial de funcionamento quando foram realizadas as medições.

Figura 5.5: LIMPET Antes da Instalação do Sistema de Atenuação de Ruído

Fonte: (THORPE, et al., 2002)

Quando a turbina trabalha em baixas velocidades, entre 600-800 rpm, por

exemplo, ela oferece baixa resistência ao fluxo de ar que, por sua vez, viaja a altas

velocidades dentro do duto. Esta situação faz com que, até mesmo em ondas

significantes, a turbina fique completamente paralisada. Nesta situação a

turbulência de circulação nas pás da turbina gera um barulho alto e dominante

sobre os demais.

Quando a velocidade da turbina aumenta, a sua taxa de amortecimento do fluxo de

ar cai, diminuindo sua propensão de permanecer na inércia. O barulho direto dos

91

mecanismos se torna evidentes. Este ruído predomina e é percebido em

velocidades acima de 1100 rpm, com exceção em condições de tempestades

quando paralisações ocasionais ainda podem ocorrer.

A planta foi considerada inapropriada para operar de forma contínua a menos que

uma atenuação fosse providenciada. A principal dificuldade estava na redução dos

componentes dos ruídos de baixa freqüência (80-200 Hz) que eram dominantes sob

as condições de paralisação. A solução para atenuação de ruído adotada encontra-

se apresentada na Figura 5.6.

Figura 5.6: LIMPET – Sistema de Atenuação de Ruído

Fonte: (DTI, 2002b)

O projeto consistia na construção de uma clausura com blocos sólidos revestidos

internamente com painéis acústicos. Um painel diagonal foi desenvolvido no meio

da clausura para promover uma reflexão múltipla do ruído e colocados silenciadores

de saída para exaustão no topo da câmara. A Figura 5.7 mostra a nova fachada da

usina Limpet após a construção da câmara de tratamento acústico. O tratamento se

mostrou extremamente eficiente, diminuindo o nível de ruído externo para 65 dB

(A), uma redução de 27 dB. Sob condições normais de funcionamento a planta se

tornou inaudível nas habitações próximas da usina.

Pare

de A

bsor

vedo

ra

Silenciador de Saída Painel Diagonal

Ressonante

92

Figura 5.7: LIMPET – Após Instalação do Sistema de Atenuação de Ruído

Fonte: (DTI, 1999)

As especificações para o tratamento acústico requeriam que a queda de pressão do

exaustor da turbina para a atmosfera não fosse maior que 200 Pa. O tratamento

acústico realizado, a posteriori, modificou a distribuição de fluxos na turbina

reduzindo sua eficiência na tomada de ar através dos silenciadores. Este detalhe

nos remete a providências prévias no tratamento de qualquer alteração de ruído

possível para que prejuízos na eficiência do aparato não venham prejudicar seu

rendimento e a produção de energia. De qualquer forma fica válida a recomendação

de que seja observado tratamento acústico adequado às salas de máquinas, apesar

de se esperar níveis de ruídos menores que as embarcações marítimas para o

aparato brasileiro.

Uma ou outra fonte de ruído pode surgir durante o período de construção de uma

usina, advindo de embarcações, possíveis explosões, etc., podem afetar aves,

mamíferos, etc. Porém são efeitos de duração limitada e de impactos temporários.

De qualquer forma, certos períodos do ano são de alta sensibilidade à procriação,

ou incubação, e deveriam ser evitados no caso da construção se dar próxima de

áreas bióticas importantes.

93

Alterações nos índices de ruído podem implicar na perda temporária e parcial do

habitat devido a perturbações sonoras das naves (barcos e helicópteros), os ruídos

mais prováveis, durante o período de construção e manutenção. A primeira é

esperada ser temporária e a segunda pode ter um efeito mais duradouro, ainda que

periodicamente.

Apesar da possibilidade da alteração pontual dos padrões sociais e alimentícios dos

mamíferos marinhos esses efeitos apontam para a proximidade da insignificância,

não apresentando qualquer perturbação animal acima de dois quilômetros de

distância e nenhum barulho audível pelos mamíferos acima de vinte metros da

fundação do aparato (SOERENSEN et al., 2003). Claro que esta aplicação se refere

àquelas concepções engastadas no fundo do mar, já que os modelos de extração de

energia das ondas variam consideravelmente e, da mesma forma, os impactos

sonoros.

A preocupação com barulhos em geral é devida à reputação e experiência

pregressa da energia eólica, em especial nas turbinas mais antigas. Essa herança

deve ser assimilada e manipulada com cuidado no desenvolvimento da energia das

ondas, pois a percepção do público permanece arraigada e não muda

instantaneamente quando tecnologias mais maduras são utilizadas em substituição

daquelas que causavam problemas.

Vibração

Durante o período de operação da usina os ruídos podem ser transmitidos de duas

maneiras: Transmitidos do ar para a água, ou transmitidos diretamente para a

água pela vibração da estrutura. A freqüência e o nível do ruído, a certo grau, são

determinados pelo método construtivo adotado.

Teme-se que a vibração da infra-estrutura possa vir afetar o sistema sonar dos

animais marinhos, tornando mais dificultosa a captura da sua caça. Os efeitos de

emissão e barulho de baixa freqüência em mamíferos, peixes e larvas são

totalmente desconhecidos. Contudo, se verdadeiro, esse efeito será restrito às

adjacências da planta da usina, além do que outras possibilidades de alimentação

poderão ser encontradas.

94

O período de construção pode ter efeito sobre os mamíferos, peixes e bentos. São

efeitos temporários e em períodos sensíveis deveriam ser evitados. Caso contrário

pode resultar em altas taxas de mortalidade de peixes e larvas.

As freqüências e magnitudes dos ruídos apresentam variações consideráveis, de

acordo com a tecnologia utilizada para conversão, e os efeitos da vibração das

turbinas são desconhecidos. Cabe, dentro do programa de monitoramento, a

análise de vibração das máquinas e estruturas, bem como a análise acústica de

ruído. É altamente recomendável a inclusão de tratamento acústico no projeto que

sejam adequados às salas de máquinas e uso de materiais que minimizem os

efeitos de vibração e transmissão das máquinas. De qualquer forma os ruídos dos

aparatos de energia das ondas são mínimos e assim deve-se procurar mantê-los.

Intrusão Visual

O impacto visual dependerá, entre outros fatores, do modelo do aparato, da

distância da usina à costa, da altura do aparato acima do nível do mar, do

referencial do observador e das condições climáticas.

Não se espera que as usinas de ondas tenham impacto visual comparável às

turbinas eólicas, devido a sua altura limitada. Contudo, as áreas costeiras são

consideradas importantes para o propósito de recreação, podendo fazer da intrusão

visual uma questão política altamente apelativa, especialmente para as concepções

onshore e nearshore.

No Brasil o padrão de ocupação territorial se deu no sentido da costa para a

Hinterlândia. Dessa forma, suas primeiras áreas de adensamento populacional se

localizaram, por séculos, na zona litorânea. Tal estrutura condicionou uma

concentração da população na zona costeira, a qual perdura até hoje. Este processo

gerou áreas altamente povoadas, entrecortadas por regiões de ocupação rarefeita,

que foram alvo de rápida ocupação nos últimos anos. Isto gerou uma concentração

que equivale a um efetivo de mais de 70 milhões de habitantes e metade da

população brasileira reside a não mais de 200 km do mar (IBAMA, 2002). Na

verdade a costa brasileira possui um enorme valor para a população e, cada vez

mais, uma significante parcela da população converge para essas regiões o seu

lazer e trabalho. Daí pode-se deduzir o alto grau de importância deste assunto e

95

quão arraigado o nosso povo pode ser com relação a sua paisagem de todos os

dias, o que deverá sempre ser levado em consideração.

Para turbinas eólicas em exploração do recurso offshore o limite visual máximo de

significância utilizado é de 15 km. São estruturas com até mais de 70 metros de

altura e hélices de 70 metros de raio. Para a energia das ondas as estruturas estão

quase que no mesmo nível do espelho d’água e a maioria das vezes incorporadas

em quebra-mares, portos, costões rochosos, etc.

Para energia das ondas a magnitude dos impactos visuais é muito dependente do

sítio em questão e torna-se uma questão de maior importância ainda quando

exploradas em larga escala. A visibilidade a partir da terra dependerá também das

exigências quanto a iluminação de segurança e a pintura solicitadas pelo órgão

competente, de outra forma poderia até se pensar em camuflagem dos aparatos.

Para as usinas construídas na costa a alocação e design passam a ser de máxima

importância.

A usina LIMPET (UK) resultou do design amadurecido a partir da planta piloto em

Islay, na Escócia, é praticamente invisível até em uma distância relativamente

pequena, sendo encoberta até pela ação das próprias ondas.

A Figura 5.8 apresenta as duas usinas citadas evidenciando o amadurecimento do

design, sua camuflagem e a usina sendo encoberta pela a ação das ondas.

O impacto visual não deixa de ser também uma questão de gosto e percepção

individual, sendo assim, haverá sempre alguma forma de resistência pública. Ainda

que a usina venha a ser invisível por navios, barcos, barcaças, etc., um processo de

planejamento cuidadoso com a visualização detalhada e diálogo intensivo com a

população e a comunidade local podem render menor resistência da opinião

pública.

96

Islay 75

Limpet 500 Figura 5.8: Evolução Conceitual da Usina Piloto Islay 75 para Limpet 500

97

Acidentes

As possibilidades de acidentes podem ocorrer na forma de colisão entre naves

(embarcações utilizadas na construção e manutenção, navios de rotas regulares,

dragas, helicópteros etc.) e estruturas (subestação, cabos submarinos, ancoragem,

redes de pesca ou espinhel, etc.).

Os efeitos de acidentes como esses podem ser, como exemplo, a poluição causada

por substâncias oriundas da colisão de navios, ou aeronaves, ou ainda de materiais

oriundos da instalação como cabos ou outros componentes. A conseqüência exata

de uma colisão depende de muitos parâmetros como o tipo da embarcação/

aeronave, ângulo de colisão, velocidade do veículo na hora da colisão, tipo do

aparato de conversão de energia, etc.

A substância poluente mais provável nestes casos vem a ser o óleo. Sendo que o

derramamento de óleo vindo de uma usina de ondas não é muito provável, já que

na usina de ondas não existem óleos combustíveis, a não ser óleos lubrificantes,

em quantidade incapaz de causar qualquer tipo de poluição. Um outro óleo possível

de ser achado nos domínios de uma usina de ondas seria o óleo diesel em uma

subestação, mesmo assim muito longe de ser uma fonte de risco. A subestação

está, geralmente, localizada em terra e a quantidade de diesel, além de limitada,

evaporaria com relativa facilidade.

O impacto ambiental mais crítico, relativo à poluição de óleos, seria mesmo aquele

causado por óleo transportado por petroleiros. O óleo diesel dos barcos de pesca e

embarcações de manutenção não é tão grave como o óleo de grandes navios

porque, como dito no parágrafo anterior, o diesel evapora com relativo grau de

facilidade, quando comparado ao óleo pesado. Este último é mais destrutivo devido

a sua baixa taxa de evaporação.

No caso de colisão de grandes navios, como um petroleiro, contra uma usina de

ondas, por exemplo, é mais provável que a usina seja a principal prejudicada e

sofra os maiores danos. A colisão de navios não significa necessariamente

vazamento de grandes quantidades de substâncias nocivas. Além do mais, no caso

de probabilidade infinitesimal de uma colisão entre essas estruturas, o grau de

impacto no ambiente irá variar de acordo com a relação dos elementos climáticos

(temperatura, vento, velocidade, etc.) e a natureza das substâncias poluentes. É

98

impensado que, diante dos atuais estágios de desenvolvimento tecnológicos, sejam

aceitas estas possibilidades de colisão.

Em alguns casos, uma usina de ondas pode muito bem prevenir acidentes. Quando

estas usinas destinarem-se a águas onde o risco de acidentes seja alto devido a

existência de recifes naturais, por exemplo. Este aparato, devidamente sinalizado,

alertará as embarcações do risco de colisão de forma mais clara que na situação

original antes da instalação da usina.

Quando cabos submarinos, contendo óleo mineral para isolamento, venham a ser

especificados em detrimento de outros, no caso de acidente partindo o isolamento

do cabo pode haver liberação de óleo em pequena quantidade. Contudo, o risco

dessa ocorrência é muito baixo, 1:32.000 anos (um em trinta e dois mil anos).

Apesar de muito baixo, medidas de mitigação para proteção dos cabos são

altamente recomendáveis.

Esses fatores podem exigir o desenvolvimento de procedimentos especiais de

emergência de reação rápida para as usinas de grande porte, desde que localizadas

em áreas de atividades compartilhadas. Apesar de todos estes cuidados, a

freqüência de colisão continua relativamente baixa e que, no caso de sinistro, não

resulta necessariamente em dano severo ao ambiente.

Emissão de Gases de Efeito Estufa

Alguns gases têm impactos negativos tanto em nível local como global (SCHAEFFER

& SZKLO, 2001). O óxido de nitrogênio (NOX), por exemplo, dependendo da sua

dispersão na atmosfera, reage formando ácido nítrico. Um efeito local é a formação

da chuva ácida, ou o ozônio troposférico, um tipo de gás de efeito estufa.

Outros gases podem ter efeitos globais positivos e negativos em termos locais. O

dióxido de enxofre (SO2), por exemplo, durante a suas dispersão na atmosfera

pode formar aerossóis de enxofre que, por seu efeito radioativo tem um efeito na

climatologia global e, ao mesmo tempo, são prejudiciais ao ambiente local. A chuva

ácida relacionada a precipitação de aerossóis de enxofre pode resultar em sérios

danos à saúde humana, fauna, flora e materiais em geral.

99

Finalmente, outros poluentes, tais como o dióxido de carbono (CO2), têm somente

efeitos globais, sendo os efeitos locais de sua emissão nulos (SCHAEFFER & SZKLO,

2001).

Ao contrário das tecnologias de combustíveis fósseis a energia das ondas não

produz gases de efeito estufa, ou qualquer outro tipo de poluente atmosférico no

seu processo de geração de energia. As emissões são atribuídas a outros estágios

no ciclo de vida de qualquer estrutura. Alguns julgam necessários serem

considerados na avaliação das emissões totais:

• Extração do Recurso;

• Transporte do Recurso;

• Processamento de Materiais;

• Manufatura dos Componentes;

• Transporte dos Componentes;

• Construção da Planta;

• Operação da Planta;

• Descomissionamento;

• Alienação.

A análise exata de cada estágio nem sempre é possível, ou até mesmo necessária.

A emissão dos maiores poluentes atmosféricos, especialmente dióxido de carbono,

dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e partículas, são proporcionais ao consumo

de energia. Por isso os estágios, ou ciclos de vida, mais importantes para emissão

de gases na atmosfera são aqueles mais energo-intensivos, em especial para a

maioria das energias renováveis. As mais importantes são:

• As emissões liberadas durante a manufatura dos materiais;

• O uso de energia nos transportes em todos os estágios. No Brasil, onde o

transporte rodoviário é predominante, o consumo típico de energia da

ordem de 3MJ/t/km (SCHAEFFER & SZKLO, 2001).

• A energia utilizada na extração dos materiais primários, ou de extrativismo,

utilizados na construção como calcário e agregados, ou em componentes

como minério de ferro, minério de cobre e alumínio;

• Energia utilizada na construção, descomissionamento e processo de

disposição à alienação, ainda que em uma ordem de magnitude menor que

na manufatura de material.

100

As emissões associadas à manufatura de materiais e componentes são

dependentes, em certo grau, das práticas industriais e do regime de controle de

poluição do país produtor. A título de mera ilustração é apresentada na tabela 5.1

as emissões dos principais poluentes no Reino Unido na década de 1990-2000, para

as principais tecnologias de energia renováveis offshore.

Tabela 5.1: Emissão de Gases de Efeito Estufa Devido ao Material Utilizado na Usina

Fonte: (SOERENSEN et al., 2003)

Poluente Marés Ondas Eólica Média (g/kwh)

CO2 12 14-22 12 654

SO2 0.08 0.12-0.19 0.09 7.8

NOx 0.03 0.05-0.08 0.03 2.2

Desconhece-se estudo semelhante para o contexto brasileiro e a tabela acima com

dados relativos ao Reino Unido foi utilizada para trazer à tona a questão. É preciso

ter em mente que esta disposição classificatória é tendenciosa e não reflete a

realidade nacional já que a matriz energética do Reino Unido é composta, em sua

quase totalidade, de fontes como o carvão mineral e gás fóssil, enquanto a matriz

energética brasileira é composta, em mais de 90%, de fontes consideradas

renováveis, como a hidrelétrica (SCHAEFFER & SZKLO, 2001).

Outro aspecto que faz a energia das ondas um dos vetores energéticos de menores

índices de emissão de gases de efeito estufa no Brasil é que a maior parte dos

materiais e insumos utilizados na sua construção é produzida no país com a

utilização de energia de hidrelétricas. Isso faz com que os valores dessas emissões

totais se aproximem de zero. O mesmo não acontece com a energia eólica e

talassométrica que utilizam equipamentos importados de países que utilizam

energia com emissão de poluentes na sua manufatura (gás e carvão).

Descomissionamento

Este é um problema de grande magnitude para os esquemas offshore em geral. As

leis marítimas internacionais (IMO) requerem a remoção total de estruturas

instaladas após o ano de 1999, depois do tempo de vida útil da estrutura.

Remoções parciais não são admissíveis.

O descomissionamento não é somente uma questão de custos, mas uma nova

perturbação no ambiente marinho, cabendo planejamento equivalente ao do

101

período de construção da usina. Contudo, esses impactos também são temporários,

com promessa de conduzir o ambiente ao seu status do período anterior ao

desenvolvimento do esquema.

5.3 Impactos do Ambiente Sobre os Aparatos

Como dito ao longo deste trabalho, há muitas concepções diferentes que podem ser

usadas para extração de energia do mar. A atuação do ambiente marinho sobre

essas estruturas será determinada pelo tipo de usina, as suas dimensões expostas

a essas ações e sua respectiva localização, em especial relativa à distância da costa

(onshore, nearshore, offshore). Em termos do tipo de impacto em potencial ao qual

uma usina estará sujeita, há muito em comum com outras estruturas marítimas

(THORPE & PICKEN, 1993).

5.3.1 Organismos da Vida Marinha

O advento da exploração offshore de petróleo trouxe a tona o interesse no

fenômeno de incrustações, assunto de grande importância também para a

navegação onde alguns organismos de incrustações, tais como bernáculos, podem

reduzir a velocidade das embarcações em até mais de 30%.

Assim como as plataformas marítimas e os navios, uma usina de ondas e seus

componentes podem ter suas superfícies, em contato com a água, cobertas por

uma variedade de crostas, algas e invertebrados.

Os organismos que causam as diversas incrustações derivam de comunidades de

organismos naturais no ambiente os quais, tipicamente, crescem nas superfícies

das rochas e pedras da costa e do leito do mar. Conseqüentemente, muitos

organismos, em potencial, são de espécies costeiras de águas rasas como algas

marinhas, esponjas, celenterados, briozoários, poliquetos, bernáculos e mariscos.

Indiferentemente da estrutura em que se desenvolvem, sejam aparatos de energia,

plataformas de petróleo ou navios, estes organismos estão colonizando

naturalmente as superfícies introduzidas no seu ambiente.

As espécies encontradas vão depender de uma variedade de fatores: das

comunidades das espécies na vizinhança da usina, distância da costa, profundidade

102

e transparência da água, condições climáticas reinantes e posição relativa às

correntes e sua velocidade, além do fator sazonal envolvido no desenvolvimento

desta comunidade. Todos esses fatores podem ser enquadrados dentro de três

categorias principais (THORPE & PICKEN, 1993):

• O ambiente físico-químico nas adjacências do substrato sendo incrustado: as

condições de exposição e interface entre água e ar, ação das ondas, força

das correntes e/ou outras condições severas como a temperatura da água

ou poluição;

• A natureza físico-química do substrato sendo colonizado;

• A biologia dos organismos nas comunidades das quais se originam os

organismos incrustantes: a produção de larvas ou esporos à procura por

superfícies adequadas para sua instalação.

As estruturas marítimas estáticas são mais susceptíveis a incrustações que os

cascos de embarcações, por exemplo. Isso se deve a sua localização no ambiente

físico-químico costeiro sob ação das espécies incrustantes. Outro aspecto

interessante é que as espécies alojadas em superfícies estáticas não estão sujeitas

às mesmas solicitações físicas e mecânicas extremas dos cascos das embarcações.

Apesar de globalmente distribuídos os organismos incrustantes tendem a se

concentrar nas margens dos continentes, onde eles se agregam em comunidades

de mais de 300 espécies. Estas comunidades sofrem mudanças contínuas e

imprevisíveis nas suas dimensões e composição de espécies, na maioria das vezes,

como resultado de intensa competição por espaço.

Para uma estrutura imersa no mar há uma seqüência que pode ser mais ou menos

bem definida. Bactérias e macro moléculas são os primeiros colonos que formam

um substrato viscoso para larvas marinhas e esporos. Ao que se vê uma sucessão

biológica por alguns anos com espécies indo e vindo, influenciadas pela competição,

por comida e espaço, até alcançar algum tipo de condição de equilíbrio. A sucessão

biológica pode variar enormemente de local para local e de substrato para

substrato. As maiores espécies, mais competitivas ou mais abundantes tendem a

dominar estas comunidades e, do ponto de vista de engenharia, ditar a

produtividade das comunidades.

As taxas mais altas de incrustações estão nas altas e médias latitudes, onde os

mariscos normalmente são dominantes. Em certos períodos do ano eles podem

103

formar verdadeiros cobertores de 15 cm de espessura podendo acumular-se a uma

taxa de 40 kg/m2/ano.

As taxas de incrustações parecem ter valores mais altos próximo à costa e em

águas mais rasas. As áreas mais adequadas para o desenvolvimento e exploração

de energia das ondas, a partir de dados geográficos e resultados de experimentos,

podem apresentar os mais altos níveis de incrustações, provavelmente dominada

por mexilhões e, em águas rasas, por grandes algas marrons.

Qualquer predição de incrustações em aparatos de energia das ondas somente

pode ser feita com base em extrapolações e estimativas recolhidas de experimentos

específicos. Os seus efeitos e seus graus de atuação podem ser previstos dentro de

certos limites. Desta forma, deveriam ser consideradas como uma ordem de

magnitude, baseada em um conhecimento de valores máximos e mínimos

possíveis.

Efeitos de Incrustações

Muitas das concepções de aparatos de energia das ondas utilizam estruturas de

concreto, porém há uma crescente tendência em direção às estruturas de metal

leve com vistas à redução do custo de capital. Este cenário faz desses materiais os

mais comuns em aparatos de energia das ondas, que podem ser afetados da

seguinte forma:

a) Aumento do peso da estrutura;

b) Aumento do volume da estrutura;

c) Aumento da rugosidade da estrutura;

d) Aumento do coeficiente de arrasto;

e) Mascarar a superfície, impedindo uma perfeita inspeção;

f) Mudanças nas taxas de corrosão dos mecanismos;

g) Alteração na vida útil devido a uma menor resistência à fadiga por causa da

corrosão;

h) Avarias nas camadas de proteção da superfície.

A tabela 5.2 apresenta os principais responsáveis por esses efeitos sublinhados na

listagem acima e o grau esperado de sua ação sobre as estruturas de concreto e/ou

metal.

104

Tabela 5.2: Principais Agentes de Incrustações e a Intensidade de sua Ação

Fonte: (THORPE & PICKEN, 1993) Item Mexilhões Bernáculo Hidróides Esponjas Algas Algáceo

Peso Grande Média _ _ _ _

Volume Grande Pequena _ Média Grande _

Rugosidade Grande Média _ Média Grande Pequena

Arrasto Grande Média _ Média Grande Pequena

Inspeção Grande Grande Pequena Pequena Média Pequena

Corrosão Grande _ _ Pequena Média Pequena

Fadiga Grande _ _ Pequena Média Pequena

Superfície Pequena Grande _ _ Média _

As incrustações geralmente têm um peso específico baixo, com baixa contribuição

para o aumento do peso da estrutura, não vindo acarretar muito sobrepeso. Porém

é certo um aumento no volume total, aliado às alterações nas características da

superfície, que modificarão consideravelmente o carregamento hidrodinâmico.

Desta forma influenciará, no longo prazo, o comportamento a fadiga da estrutura.

Em um conversor de energia das ondas a maior parte deste carregamento é gerado

na lâmina d’água de até 30 metros imediatamente abaixo do nível do mar,

coincidindo com os níveis máximos de incrustações.

As cargas de qualquer parte de uma estrutura submersa serão afetadas pelo

coeficiente de arrasto Cd, pelo coeficiente de Inércia Cm e o diâmetro da estrutura

Ø. As incrustações marinhas podem aumentar o diâmetro estrutural e alterar a

rugosidade de uma superfície a qual, por sua vez, modificam os valores de Cd e Cm.

A ação de bernáculos, mexilhões e algas marinhas podem ser bastante significantes

nesta situação.

Nas estruturas de metal, onde um sistema de proteção catódica está em operação,

impregnação de organismos marinhos pode afetar o desempenho dessa proteção. A

heterogeneidade de comunidades biológicas pode impor células localizadas de

oxigênio e gradientes de pH. A ação de bactérias redutoras de enxofre sob velhas

comunidades estabelecidas, privadas de oxigênio, pode gerar células localizadas de

sulfetos ou atacar diretamente os sulfetos de hidrogênio.

105

Todas essas predições baseiam-se no pressuposto da ausência de tratamento

contra incrustações nas estruturas. Os aparatos terão que receber tratamento de

forma a evitar redução na eficiência em equipamentos como as turbinas, por

exemplo. Há constantes progressos na tecnologia anti-incrustações que podem por

bem mitigar estes problemas. A experiência da construção naval pode trazer

contribuições, especialmente no uso de técnicas neutras ao ambiente, fauna, flora e

qualidade da água (THORPE & PICKEN, 1993).

Corrosão

Os problemas de corrosão não chegam a ser uma barreira técnica. Os riscos e

efeitos podem ser calculados e evitados com obediência às normas da tecnologia

naval e offshore padrão.

Medidas anticorrosivas serão inevitáveis, já que podem causar mudanças no

comportamento da corrosão e da fadiga dos materiais, de forma a retardar as

inspeções de manutenção. Os aparatos de energia das ondas têm que ser

desenvolvidos considerando seu mais tardio retorno para a doca para fins de

manutenção. Durante este período é certo que comunidades se desenvolvam.

Medidas específicas para prevenção de incrustações poderiam incluir o uso de

pinturas anti-incrustações ou injeção direta de biocidas. Existem numerosas opções

para remoção de incrustações marinhas e cada uma tem seus méritos. Nenhuma

delas representa problemas ambientais significantes.

A tabela 5.3 mostra algumas dessas medidas, ainda que sem a pretensão específica

de eleger ou discutir qualquer método em especial, com o propósito meramente

ilustrativo.

5.3.2 Ventos

Os ventos são vitais no processo de manutenção das frágeis faixas de praia e da

fertilidade das terras costeiras adjacentes. O comportamento aerodinâmico das

estruturas flutuantes há de ser levado em consideração durante a fase de projeto,

bem como outros aspectos, para os estágios de construção, operação e

manutenção, acesso humano e análise de risco, etc., precisarão da observação dos

ventos quando da prospecção do sítio.

106

Tabela 5.3: Possíveis Métodos para Prevenção de Incrustações

Fonte: (THORPE & PICKEN, 1993)

Medida Ação Aplicação

Remoção

Manual ou Mecânica

(ex.: jato e/ou outras

ferramentas hidráulicas)

Interna e Externamente no

Conversor; Externo aos Tubos e

Conduítes

Aplicação de Veneno Biocidas a base de cloro Interna ao Sistema Hidráulico

Revestimento

Fusão a base de Cobre

(ex.: Cu:Ni)

Lâmina de Elastômero


Conversor e Conduítes

Pintura Pintura a base de Cobre;

Pintura Orgânica.


Conversor

Controle Térmico Água Quente Espaços Confinados onde o Calor

possa ser mantido

Controle Biológico Estrela do Mar Interna e Externamente no

Conversor

Controle Hidrodinâmico Fluxo Crítico de Água Certas Tubulações e Conduítes

5.3.3 Assoreamento

O depósito de matérias entre as parte móveis, turbinas, canais de fluxos, etc.,

podem causar mal funcionamento e/ou destruição de um aparato.

Os modelos onshore podem ser vulneráveis às algas flutuantes, águas-vivas, lixo, e

etc. e podem ser entupidas pelo movimento desses entulhos. Os modelos

nearshore e offshore parecem ser menos afetados, porém dependerá, fortemente,

do layout individual.

Existem algumas tecnologias de limpeza para hidrelétricas que podem ser

observadas e todos os cuidados precisam ser tomados para evitar qualquer redução

na eficiência do aparato.

5.3.4 Correntes Marinhas

As concepções offshore, por seu caráter flutuante, não devem sofrer com este tipo

de problema. Os modelos onshore devem ser mais sensíveis às correntes

ortogonais que seguem os padrões das ondas. Contudo, ambas poderão sofrer com

as amplitudes das marés e, assim como podem modificar, também podem sofrer a

ação dos fluxos de marés.

107

5.3.5 Cabos e Tubulações Submersas

As ondas e outras correntes costeiras podem causar o movimento oscilatório de

tubulações e cabos depositados no leito marinho. Um cilindro depositado no fundo

do mar pode estar sujeito a um fluxo de turbulências geradas na camada limite do

fundo. Essa turbulência age indiretamente sobre esse corpo através de um

mecanismo de forças de movimentos oscilatórios. O arrasto de cilindros, em geral,

sob a ação de fluxos está relacionado a um diverso campo de forças cinemáticas

associadas aos fluxos ao redor do corpo cilíndrico (VITOLA, 1998).

O advento da exploração de petróleo nos oceanos tem contribuído com muitas

pesquisas sobre esse fenômeno em corpos com restrição de movimentos, aplicadas

tanto aos corpos de estruturas offshore como dutos para o transporte de óleo e

gás. Para assegurar uma operação contínua de um sistema trabalhando sob tais

condições se faz necessário adotar os critérios de projeto e suas considerações de

forma adequada. As informações precisas concernentes aos carregamentos

hidrodinâmicos podem contribuir para redução das incertezas e,

conseqüentemente, os custos globais envolvidos na operação.

Determinar os padrões desses fluxos ao redor de corpos cilíndricos submersos, bem

como os seus efeitos nos padrões de estabilidade é uma tarefa complexa. Há uma

diversidade de parâmetros envolvendo essa mobilidade tais como a altura de onda,

período e cinemática da onda, em interação com o leito marinho. O leito marinho é

outra variável importante no que tange sua forma, talude, superfície, textura,

mobilidade do leito e fundo subaquático. Adicionalmente pode haver ainda a

combinação da cinemática da onda em combinação com correntes de longas

distâncias próximas ao fundo (WILLIAMS & RANDALL, 2003).

5.4 Conflitos de Interesse

Chama-se de conflito de interesse aqueles aspectos que se referem à competição

do uso dos recursos, tais como áreas destinadas as importantes rotas de

navegação, áreas reservadas aos exercícios militares, passagem de dutos e cabos

submarinos, depósito de materiais e minérios, áreas de pesca e recreação, áreas de

importância especial para a fauna e flora (áreas de preservação), por exemplo.

Claro que pode ocorrer que outros sítios em potencial também estejam sujeitos a

algum tipo de conflitos de interesse com outras utilidades e seus usuários.

108

As áreas de competição por uso geralmente se enquadram em duas categorias,

áreas de acesso restrito, ou proibido, e áreas de usos conflitantes (SOERENSEN et

al., 2003).

Áreas de Acesso Restrito ou Proibido:

• Maiores Rotas de Navegação;

• Campos de Exercícios Militares;

• Áreas Próximas a Estruturas Costeiras e Offshore;

• Áreas Próximas a Passagem de Cabos e Dutos Submarinos;

• Áreas de Preservação.

E as Áreas de Usos Conflitantes como:

• Áreas Pesqueiras;

• Áreas de Recursos Extrativistas;

• Áreas de Recreação;

• Áreas de Interesse Arqueológico.

As áreas onde se espera uma maior disputa, primariamente, dizem respeito ao

tráfego do transporte marítimo e aos interesses da pesca. Mesmo assim, nada

impede que algumas dessas áreas destinadas para esses fins podem ser separadas

para o uso em projetos de energia das ondas, quando ainda na fase do anteprojeto,

para uso compartilhado e complementar.

5.4.1 Áreas de acesso restrito ou proibido

Este tipo de contratempo é considerado de média importância. Quando as áreas

restritas excluem sítios com potencial para projetos de produção de energia das

ondas, mas tais restrições são, na sua maioria, pontuais e não dizem respeito a

maior parte das áreas marítimas. Relativo às áreas restritas existe as cartas

náuticas que são freqüentemente atualizadas e publicadas em notas aos

navegantes.

Rotas de Navegação

De acordo com as convenções internacionais de navegação todo o navio tem o

direito à passagem através dos limites marítimos de águas territoriais. A partir do

109

limite de 12 milhas náuticas as embarcações desfrutam de liberdade de navegação.

Quando esta área é requerida por algum motivo como razões de segurança, por

exemplo, novas rotas e esquemas especiais de tráfego são designados, ou

determinados, para a passagem de embarcações.

Ainda de acordo com as normas internacionais os países têm o direito de realizar

projetos offshore dentro do limite de 200 milhas. É possível estabelecer zonas de

segurança a partir de um raio de 500 metros dessas instalações, contudo as

instalações offshore e sua zona de segurança não são permitidas se oferecem

interferência para as rotas marítimas mais tradicionais.

A navegação, provavelmente, pode ser uma considerável fonte de prováveis

conflitos e as razões parecem ser as seguintes:

• As linhas de navegação representam um fator limitante, já que as áreas

tracejadas pelas rotas de navios serão proibidas para fins de instalações de

atividades offshore. Além do mais, áreas de espera e ancoragem de navios

também deverão ser evitadas;

• Quando é feito um planejamento cuidadoso, ou mesmo que as usinas não

sejam instaladas próximas às rotas de navegação, ou ainda que essas rotas

sejam alteradas de forma a minimizar o risco de colisão, existe uma

possibilidade muito baixa de dano ambiental no caso de choque de navio

petroleiro contra uma usina de ondas, mas como dito anteriormente, de

probabilidade mínima;

• Fazendas de energia de ondas devem ser sinalizadas apropriadamente, de

acordo com as normas internacionais, ou de outra forma eficaz, de modo a

evitar um impacto visual negativo dos sinais luminosos e assim desviar-se

de uma resistência popular;

• Os sistemas de conversão de energia das ondas precisam de ancoragem

adequada para que não sejam arrastadas, ou movidos de lugar, em caso de

choques.

Estudos da análise de risco de colisão será um item mandatório nos relatórios de

impacto ambiental. Os riscos ambientais associados com a colisão de navios contra

usinas de ondas podem surgir como um empecilho para algum tipo de tecnologia de

conversão das ondas, principalmente aquelas offshore. Nesses casos a experiência

dos métodos de estudo e avaliação dos riscos de colisão utilizados por outros

segmentos marítimos, como os sistemas offshore de petróleo e energia eólica,

110

deverão ser buscados. Apesar de tudo, como dito anteriormente, é impensada,

diante dos atuais estágios de desenvolvimento tecnológicos, as possibilidades de

colisão.

Os requerimentos de sinalização poderão variar de acordo com a classificação dos

diferentes modelos e princípios de conversão de energia. Além do que a

necessidade de sinalização luminosa específica dependerá das conclusões das

considerações das autoridades públicas sobre os riscos de colisão, a qual poderá

introduzir uma solicitação de sinalização adicional.

Campos de Exercício Militar

As restrições das áreas militares desqualificam o desenvolvimento da atividade de

energia em alguns sítios. Em muitos países as áreas costeiras são de propriedade

militar, ou cobre uma parte significante do mar potencialmente útil para extração

de energia das ondas. Contudo há soluções práticas para a coexistência entre a

atividade militar e a transformação de energia, através do sistema político.

No Brasil as áreas costeiras e marítimas são patrimônios da União que concede o

seu uso aos diversos interesses, inclusive ao militar.

No Reino Unido o ministro da defesa levantou objeções quanto à localização de

alguns parques de energia eólica por supor que eles perturbavam os sistemas de

radares e constituíam risco ao vôo rasante de aeronaves. Como as concepções para

extração de energia das ondas não atingem a altura das hélices das turbinas de

energia eólica não é esperado que haja dificuldades devido ao risco de colisão de

aeronaves, ou referentes à interferência nos sistemas de radar ou

radiocomunicação.

WILLIAMS & RANDAL (2003) relatam o caso de áreas marítimas reservadas

utilizadas como depósito submerso de armamento e mísseis.

Áreas próximas a outras estruturas costeiras ou offshore

As áreas próximas a outras estruturas constituem uma limitação se levar em

consideração a localização potencial de outras atividades (petróleo, gás,

extrativismo mineral, etc.), ainda assim mediante as prioridades de alocação.

111

Pode ser que a extração de energia das ondas tenha a prioridade de uso ante a

exploração de petróleo e vice-versa. Por exemplo, é pouco provável que a

exploração de combustíveis fósseis tenha prioridade na região do Parque Nacional

de Abrolhos, onde há sinais da presença de petróleo. Contudo, a energia das ondas,

por seu caráter renovável e de baixíssimos impactos, pode facilmente co-existir em

área de preservação ambiental.

Em todos os casos a co-habitação harmônica deverá ser sempre buscada, e

forçada, a fim de minimização de custos e impactos, através de infra-estrutura

compartilhada. Seria ainda ponto a favor de plataformas offshore, como

minimização de seus impactos ambientais, a utilização de energias renováveis nas

plataformas como a energia das ondas. Não haveria a queima de gás para fins de

geração, diminuindo a emissão no processo de produção.

Cabos e Dutos Submarinos e Depósito de Materiais in Natura

Os corredores ao longo dos cabos de eletricidade, telecomunicações, dutos de óleo

e gás, e os locais originários de sua produção não apresentam conflitos de

interesses de maior significância e não são vistos como uma barreira maior ao

desenvolvimento da energia das ondas.

Além do mais não há razão para uma dicotomia entre determinadas indústrias e a

energia das ondas como se pudessem constituir um fator limitante a determinados

sítios e impedindo a coexistência próxima uma da outra. A energia gerada pode, e

pretende atender essas atividades marítimas e costeiras. Lembrando mais uma vez

a cooperação entre elas, a energia das ondas próxima a dutos poderia ser utilizada

para o aquecimento de linhas de óleo que tendem a congelar devido às baixas

temperaturas do fundo do mar.

Áreas de Preservação

Áreas protegidas tais como as áreas de preservação, conservação e proteção

especial limitam uma variedade de sítios com potencial para energia das ondas.

Nos casos onde estas áreas são bem conhecidas e definidas os conflitos serão

evitados com facilidade.

112

Podem ocorrer casos onde determinadas áreas não declaradas oficialmente como

reserva natural possam ser requeridas como tal, durante o processo de

implantação, ou ainda alguém ou grupo, pode achar que deveria sê-lo. Assim

determinadas áreas que em um primeiro instante não são tidas como protegidas

passarão, em alguns casos, a serem consideradas como.

Outra situação provável é que, ainda que a usina não venha a ficar localizada

dentro dos limites de áreas restritas, seja necessária a passagem de cabos por

essas áreas para conduzir a energia da usina a terra.

O problema de passagem de cabos está sendo visto como uma séria barreira para o

desenvolvimento de projetos de energia eólica offshore na Alemanha e no Mar do

Norte. A discussão caminha para uma solução política, onde a aprovação para a

passagem dos cabos seja dada sob regras muito restritas com vista à minimização

dos impactos ambientais durante o processo de implantação. Talvez um

requerimento mínimo fosse a condução dos trabalhos somente em períodos, ou

datas, que não sejam sensíveis à vida selvagem local, o que remeteria os serviços a

períodos invernais.

As restrições de determinadas reservas ambientais podem ainda não constituir

sérias limitações à exploração de energia das ondas, desde que não impliquem em

impactos negativos à natureza circundante, ou que ocorra somente num curto

período de tempo para sua implantação. Em outro cenário a energia das ondas

poderia servir essas mesmas reservas, seus laboratórios de pesquisa e

monitoração, com energia limpa, renovável e de baixíssimo impacto ambiental.

5.4.2 Áreas de Usos Conflitantes

Áreas de Recursos Pesqueiros

Há restrição à pesca de arrasto que, ilegal ou não, é certamente uma outra área de

conflito potencial com pescadores que se sintam prejudicados na sua metodologia

de obtenção do pescado. Ainda que estes apresentem outros motivos como

justificativas.

113

As experiências adquiridas de plantas de exploração de energia eólica offshore

mostram que este conflito não tem impedido a implantação dos projetos, sempre

contornados com compensação financeira mesmo sem a evidência que a pesca

tenha reduzido posteriormente. Problemas como estes podem ocorrer em qualquer

lugar, mas há de ser evidenciado onde a classe profissional for mais bem

organizada.

De forma a minimizar os impactos aos pescados e, conseqüentemente, reduzir dos

conflitos com os pescadores, recomenda-se:

• A preparação de um documento de conduta e prática das atividades de

implantação da usina a partir do diálogo aberto e consulta entre os

empreendedores, a comunidade e a indústria da pesca local;

• Evitar a construção de fazendas para extração de energia em áreas sensíveis

de desova e criação, em áreas de espécies de importância comercial, e em

áreas de alto valor para pesca;

• Desviar a construção dos períodos de procriação, incubação e nanição;

• Realizar estudos de monitoramento específico para o sítio e para as espécies

visando à investigação dos efeitos positivos e negativos da usina das ondas

e suas conseqüências na pesca restrita, na população do pescado, e nas

adjacências da usina.

Área de Recursos Extrativistas

As áreas de exploração de minerais estratégicos geralmente são pequenas e

pontualmente localizadas sendo facilmente desviada de conflitos de usos dos

espaços, pode até utilizar-se da energia gerada pela usina no seu processo de

extração.

Áreas de Recreação

Lazer

Certamente o mar e a sua costa representam o local primário de diversão e lazer,

sendo um significante recurso recreacional e de turismo no país. As áreas de

recreação e os valores agregados são barreiras fortes na construção de concepções

onshore e nearshore, especialmente no que concerne a beleza cênica e natural.

114

O conflito pode residir basicamente na intrusão visual do aparato em belezas

cênicas e na paisagem terrestre e marítima, assunto tratado em item anterior. Em

geral as oposições se esvaem quando a planta é instalada fora do alcance da vista.

Este conflito de oposição local provavelmente seja pouco severo para com a energia

das ondas, quando comparado às fazendas eólicas. Antes de tudo porque as

concepções de energia das ondas não se estendem muito acima do nível do mar

fazendo-as de difícil percepção à distância, como também exposta em item

anterior.

A questão da recreação, como todas as demais, requereria maior cuidado para o

caso de desenvolvimento de projetos em larga escala. Mas, devidamente previsto e

analisado parece não oferecer maiores empecilhos para a energia das ondas a curto

e médio prazo. Os projetos de larga escala poderiam ainda criar baías abrigadas,

melhorando as condições e segurança de balneabilidade.

Turismo

O turismo é sem dúvida uma indústria de grande importância, especialmente para o

público local pelas receitas, ou perdas, em potencial, caso haja alteração no fluxo

de visitantes. Como não há uma maneira para descrever o comportamento de

populações ante as fazendas de energias renováveis, descreve-se simples relatos

de experiências anteriores, em particular da energia eólica, devido a sua grande

experiência e pioneirismo da exploração em larga escala.

Um estudo do Instituto para o Turismo da Alemanha, do ano de 2000, que

pretendia avaliar os efeitos das turbinas eólicas offshore sobre o turismo, indicou

que as fazendas seriam de fácil aceitação, contanto que não se situassem na linha

de costa (SOERENSEN et al., 2003). Outro estudo de 2002, realizado com o mesmo

intuito pelo Fórum Escocês de Renováveis em conjunto com a Associação Britânica

de Energia Eólica, indicou que para 91% dos entrevistados a presença de fazendas

eólicas em uma área específica era totalmente indiferente (SOERENSEN et al.,

2003).

As fazendas de energias renováveis, em geral, são mais populares do que se

poderia pensar, podendo inclusive agir na atração do turismo, ao invés de dispersá-

lo. Esta é a situação em Fortaleza, no Ceará, onde se encontra instalada grande

115

percentual da potência eólica produzida no Brasil. O público se orgulha de seus

parques eólicos e gostaria de visitá-los. Poderia ser um benéfico para os operadores

de energia das ondas disporem de espaço para visitação turística, e de nativos,

informando-lhes sobre a operação, resultados e benefícios da tecnologia.

De todas as experiências globais há motivos para acreditar que a energia das ondas

tenha essa mesma receptividade, ou mesmo venha a se tornar mais popular ainda

na aceitabilidade do público em geral, devido a sua vantagem particular de impacto

visual bem menor.

Prática do Surfe

O efeito de instalações de energia das ondas sobre a atividade do surfe tem sido

questionamento constante e depende muitíssimo do modelo do aparato

a ser utilizado para extração de energia. Há dezenas de modelos e concepções

para este fim e são empregados de acordo com os objetivos que se queira alcançar,

além de eletricidade obviamente, tais como obtenção de uma baía abrigada,

funcionamento como um cais de acostagem, dentre outros.

Os modelos de usinas que utilizam flutuadores como princípio de

funcionamento, tipo IPS Buoy, ou McCabe Wave Pump, ou ainda aquele

desenvolvido aqui no Brasil pela COPPE, prometem ser menos impactantes às

atividades do surfe do que aqueles de princípios como o de Coluna de Água

Oscilante, Wave Plate e Pendular. Isto porque estes últimos intencionam

absorver completamente o impacto das ondas, ao contrário dos modelos com

flutuadores que se utilizam da crista das ondas, permitindo ainda os fluxos

hidráulicos sob os flutuadores. Claro que tudo dependerá do sítio escolhido,

distância da costa e disposição do arranjo (array), etc. Quero dizer com isso que

impactos negativos na zona de surfe podem ser evitados com escolhas

adequadas.

Além do que, as duas atividades aqui em questão, geração de energia e surfe,

podem ter estrutura compartilhada. Um é o produto marginal do outro, conforme

seja a prioridade dada para a utilização, agregando valor ao projeto.

Ao final do ano de 2003 foram realizados experimentos em laboratório com o

intuito de testar amplificação de ondas, através de modificação intencional da

116

batimetria, para uso compartilhado pelo surfe e geração de energia em regiões com

regime de ondas desfavoráveis. A Figura 5.9 mostra o esquema testado

apresentando a área com o fundo modificado em forma de asa delta.

Figura 5.9: Experimento para Incremento da Altura da Onda por Alteração Batimétrica

Os resultados mostraram notoriamente um incremento na elevação da onda na

área com o fundo modificado em detrimento das áreas laterais onde não houve

intervenção. A Figura 5.10 abaixo ilustra o resultado descrito com a maior elevação

no centro do tanque e as laterais mostram como seriam sem a modificação

batimétrica.

Figura 5.10: Incremento da Altura da Onda por Alteração Batimétrica

Batedor de

Ondas Fundo

Modificado

Tanque de Testes - INPH (Planta Baixa)

117

Usando as ilustrações de outro exemplo pode-se observar o que ocorre com a onda

quando encontra o fundo artificial e como se processa essa elevação. A Figura 5.11

mostra a vista superior do encontro das ondas com o fundo artificial, provocando

sublevação nessa região específica, e a Figura 5.12 apresenta um gráfico dos

pontos monitorados representando o que ocorre com o perfil da onda na mesma

região.

Figura 5.11: Vista Superior da Região de Contato da Onda com o Fundo Modificado

Fonte: (PHILIP, LIU & LOSADA, 2002)

Figura 5.12: Gráfico do Perfil de Onda em Fundo Modificado

Fonte: (PHILIP, LIU & LOSADA, 2002)

Este é um exemplo de impacto positivo no surfe e de simbiose entre atividades

aparentemente incompatíveis.

Eixo X (m)

Eix

o Y

(m

)

Superfície Livre

Corte A-A

118

Áreas de Interesse Arqueológico

As áreas de interesse arqueológico nem sempre estão definidas nos mapas. Caberia

uma investigação histórica durante a fase de planejamento e uma posterior

inspeção durante o levantamento físico dos sítios potenciais para evitar conflitos de

interesses.

Todavia se algum destroço for encontrado durante o período de instalação da usina

seria prudente uma realocação total ou parcial da planta afim de que atrasos mais

comprometedores sejam evitados. Em alguns casos pode até se obter aprovação

pública para a implantação mediante a garantia de realização dessas investigações

arqueológicas naquele sítio específico. É sempre bom ter em mente que todas essas

soluções, realocações, atrasos e financiamentos, significam custos bastante

consideráveis.

Na maioria dos casos, as áreas de interesse da arqueologia marinha se encontram

nas regiões nearshore. O fato é que a arqueologia não precisa ser considerada

como uma barreira à exploração da energia das ondas em pequena ou larga escala,

mas sim um fator de risco a ser considerado no processo de planejamento e que

algumas medidas podem, facilmente, ser tomadas para driblar incidentes como

esses.

Outros

Para algumas regiões a zona costeira está sob regulamentações estritas, quanto ao

uso territorial e marítimo, obstruindo o desenvolvimento de concepções onshore e

nearshore. Nessa situação pode-se aproximar a instalação para áreas já em

utilização para outras finalidades (área industrial, portuária, vilas e povoados, etc.)

aproveitando a infra-estrutura existente (acesso, energia para a fase de

construção, mão-de-obra, etc.), ou levando-as às comunidades.

É verdade também que muitas regiões não possuem leis regendo o

desenvolvimento específico de energias renováveis nos seus limites territoriais,

muito menos além deles. Em algum grau isso poderá surgir como uma forte

barreira para alguns modelos e concepções.

119

5.5 Aceitação Pública

O objetivo desta etapa do nosso trabalho é discutir as condições preliminares para

se alcançar uma receptividade positiva de uma grande maioria da população, em

favor da energia das ondas, com relação à aceitação pública do projeto e traçar

diretrizes com base nas experiências anteriores de implantação de usinas de ondas

ou de outras tecnologias de energias renováveis.

De um ponto de vista mais pragmático e econômico saiba-se que não haverá apoio

político e financeiro se um vetor de energia não for aceito pela população, sendo

esta mais uma das importâncias da realização de estudos de impactos de forma

mais abrangentes.

Lembrando mais uma vez o baixo nível de experiência prática da tecnologia da

energia das ondas, as experiências e métodos bem sucedidos, desenvolvidos para

outras indústrias, poderão ser sugeridos como caminhos alternativos para criar um

envolvimento do público com o projeto, ainda na sua fase de planejamento, e evitar

reações adversas desse público no futuro.

Claro que estas experiências concernentes à atitude de uma população em relação

a um dado projeto tiveram seus próprios cenários e contextos, contudo suas

conclusões e efeitos cumulativos não são válidos apenas numa escala local, mas

para todos aqueles países com um potencial para desenvolvimento e exploração da

energia das ondas.

É de vital importância que o desenvolvimento de aparatos de energia em larga

escala seja aceito pela maioria das pessoas e não se pode presumir que,

unicamente por ser uma energia de natureza renovável, ela venha a ter aceitação

ampla e irrestrita. Outro erro seria presumir que, ainda que determinado vetor de

energia conte com a simpatia do público em termos nacionais, ela teria aceitação

total, ou parcial, no sítio específico de sua construção.

O assunto da aceitação pública foi visto, em muitos casos, com um empecilho na

exploração de outros vetores de energia renovável. Por vezes, as atitudes

contrárias têm início com uma opinião discordante dos valores monetários

dedicados ao desenvolvimento, ou ainda de quem o investe, em detrimento de

120

outros. Fatalmente os conflitos aparecem ainda durante o processo de

planejamento e aprovação.

Como a energia das ondas é caracterizada por um número de diferentes tecnologias

(onshore, nearshore, offshore) e cada uma possui seus impactos específicos,

somente será possível fornecer uma apresentação genérica, porém de especial

importância, da percepção dos impactos ambientais. Para assegurar o mais alto

índice de aprovação das populações locais, com vistas à informação sobre o uso da

tecnologia deve-se, de forma acessível, apresentar os efeitos desejados em um

formato aceitável pela sociedade.

Caso houvesse uma regra quase geral e simplista para reger a receptividade social

de determinadas tecnologias ela seria resumida na frase “Não nas Minhas Costas”.

Um bom exemplo disso seria o que ocorre na implantação das estações rádio-base

de telecomunicações, onde todos querem ter uma maior e melhor cobertura do

sinal de telefonia celular, mas ninguém quer ser vizinho de uma torre metálica e tê-

la o resto da vida como paisagem. Dessa “Síndrome” surge a maioria das variáveis

envolvidas na determinação da receptividade por uma população local, de um

projeto específico, a qual realmente tem muitos componentes.

As atitudes podem variar de forma bem ampla, dinâmica e, às vezes, até

contraditória. Baseadas em critérios nem sempre técnico-científicos, numa forma

abstrata, em termos macro geográficos, ou com base em experiências anteriores

julgadas com alguma similaridade em termos locais. Muitas vezes as opiniões

preconcebidas são reações resultantes de uma abordagem equivocada, uma atitude

pessoal de algum envolvido que não foi bem recebida, uma aparência pessoal, uma

atenção não dispensada, uma animosidade com um curioso, vizinho, proprietário de

terras, ou alguém desejando vender seus serviços, etc.

Pode-se então tentar esquematizar analiticamente essas atitudes dentro da

seguinte abordagem:

• Atitude geral da população, como um todo, para com a energia das ondas;

• Aceitação dentro de um subgrupo da população que vivenciará os impactos

locais;

• Estrutura legal para consulta, participação e envolvimento público;

• Estratégias de gerenciamento para se obter o envolvimento público.

121

Estes procedimentos não se resumem a um relatório de impacto ambiental

apresentado às autoridades que, por seu enquadramento formal e técnico, pode ter

o verdadeiro potencial do projeto escondido. Trata-se de um processo dinâmico que

possibilite ajustes apropriados em circunstâncias prevalecentes, com flexibilidade

para adendos e que a proposta original possa ser constantemente adaptada aos

diferentes aspectos do projeto. Também deve ser de conhecimento geral, no

sentido da fluidez das informações, entre aqueles diretamente envolvidos,

principalmente executores e operários.

As informações disponíveis ao público poderiam ser as seguintes:

• O programa, ou plano, adotado;

• Sumário das considerações ambientais integradas no planejamento que

foram levadas em conta;

• Razões da escolha do programa, ou plano, adotado em detrimento de

outros;

• Procedimentos para monitoramento dos impactos ambientais.

Este conjunto de procedimentos, e o retorno obtido das populações, formarão um

relevante conjunto de dados para o desenvolvimento e refinamento dos projetos

em larga escala, bem como suas futuras expansões, já focados nas regiões

estratégicas. Estas informações serão preciosas não só para os projetos de energias

das ondas, mas para quaisquer tecnologias de exploração do mar.

Caso não seja criado este canal de diálogo com o público jamais se terá o

entendimento exato do contexto social local e das questões importantes para a

população. Corre-se o risco de perder a oportunidade de acompanhar e julgar as

medidas de mitigação assumidas e quais foram os seus verdadeiros alcances.

Assim, detalhes de determinadas informações como “A Quem”, “Quando” e “Como”

endereçar-se pode fazer a diferença.

A estrutura legal é um requerimento dentro das diretivas do Environmental Impact

Assessment (EIA) na União Européia. Sua principal conclusão a respeito dos efeitos

no ambiente de certos planos e programas é que o público deveria ser consultado

mais cedo do que vem sendo praticado hoje.

Outra forte recomendação é que o processo de informação e consulta seja

conduzido e alimentado de dados, pelos responsáveis pelo desenvolvimento do

122

projeto, sem qualquer envolvimento de representantes ou autoridades. Estes,

dentro de seu interesse, podem ser propriamente alimentados de informações, para

se evitar conseqüências dramáticas de diálogos com o público por canais

inadequados ou motivados por quaisquer outros interesses. Este aspecto se torna

de maior relevância se maiores impactos sociais são esperados sobre a população.

5.5.1 Estratégias para Aceitação Pública

Há diversas formas para a participação da população, mas basicamente através de

três maneiras principais:

• Informação – Fluxo de informações sobre o projeto;

• Participação no Planejamento – Envolvimento no processo decisório;

• Participação Financeira – Direta ou Indireta, através do aluguel de imóveis,

móveis, serviços, etc.

Estratégias de Informação

A consideração mais comum é que essa participação deveria ser passiva e muito

pouco consultiva, contornando a influência direta do público no processo de

decisão, por imaginar que só haveria possibilidades desvantajosas na participação

popular, tais como:

• Piorar uma Situação;

• Ser Ineficiente;

• Expandir o Escopo do Conflito;

• Nunca Satisfazer Todos os Interesses.

Esta estratégia só terá validade se for acreditado que as decisões racionais e

unilaterais feitas pelos “experts” superarão, ou serão suficientes para mudar uma

oposição pública local se ela existir. Contudo, deve-se ter em mente que nem

sempre o desenvolvimento de infra-estrutura é visto automaticamente, pela

sociedade contemporânea, como um bem público.

Participação no Planejamento

O propósito dessa estratégia é dar à população local uma motivação para aceitar as

mudanças propostas, através da concessão da palavra no planejamento de um

projeto de repercussão e, assim, eliminar a ameaça de um entendimento

123

equivocado do projeto. O risco desta estratégia é que o debate público, com a

finalidade de conscientização de massas, pode acarretar atrasos no planejamento

como um todo. Atrasos esses inevitáveis quando as licenças, ou projetos, forem

alvos de recursos legais e sofrerem ameaças de nunca serem materializados.

Chegando a essa situação se terá perdido o melhor momento para abertura do

diálogo que, caso estivesse ativo desde o princípio, seria capaz de mitigar ameaças

maiores, antes mesmo que qualquer protesto geral tivesse sido formado.

Certamente a aplicação de estratégias desse tipo proporciona aos planejadores um

sentimento de controle sobre o desenvolvimento do projeto e o diálogo com o

público não corre o risco de ser manipulado por causa da falta de informações

oficiais. Criado o sentimento de controle, por meio do diálogo aberto e dinâmico, a

confiança também será adquirida. Este cenário sugere uma forma mais eficiente e

confiável na condução de um programa, nos resultados de um projeto individual, e

em projetos posteriores e/ou em larga escala.

Os resultados da participação pública no processo de planejamento poderiam ser

resumidos em:

• Melhoria substancial nas decisões de planejamento e no equilíbrio dos

diferentes aspectos envolvidos;

• Aumento da conscientização do público envolvido;

• Entendimento das possíveis cooperações entre as partes opostas;

• Eliminação de ameaças derivadas de preconceitos e desinformação;

• Aceitação e confiança futura.

Participação Financeira

Em alguns projetos de energia eólica offshore o público foi envolvido como

proprietário de parte das fazendas. Foram vendidas ações a preços módicos e,

desta forma, todos compartilham os riscos econômicos, bem como os lucros do

projeto.

Uma vantagem do envolvimento financeiro do público é que esse acionista será um

defensor do projeto, difundindo sua aceitabilidade entre seus amigos, familiares e

aqueles ao seu redor, aumentando o interesse público no projeto.

124

Acredita-se que uma participação pública forte, como no exemplo acima da planta

eólica offshore de Middelgrunden – Alemanha, a qual inclui a participação

financeira, foi uma condição prévia muito importante no sucesso desse projeto. A

resistência pública foi surpreendentemente baixa, comparado a um outro projeto

imediatamente anterior de grande repulsa à intrusão causada pela implantação de

turbinas eólicas de 2MW em Copenhague – Dinamarca.

Em resumo do que foi dito e, de maneira a promover uma aceitação pública das

plantas de energia das ondas, é essencial que:

• Aumente-se o conhecimento público sobre a tecnologia da energia das

ondas através de campanhas de informação dirigida à imprensa, ao público,

e aos políticos, quando do desenvolvimento de novas plantas ou novos

princípios;

• Considere-se o benefício do envolvimento direto do público e seja

encorajado o diálogo, em especial com o público local;

• Promova-se o envolvimento do público local nas primeiras etapas do

projeto. Caso erros sejam cometidos neste ponto do desenvolvimento do

projeto, sem a participação da sociedade, será difícil fazer com que a

energia das ondas seja amplamente aceita pela grande parte da população;

• Avalie-se a experiência da aceitação social de plantas de energia das ondas

existentes e comparar seus efeitos previstos e realmente experimentados.

125

5.6 Benefícios da Energia das Ondas

5.6.1 Vantagens Estratégicas (HOUSE OF REPRESENTATIVES OF HAWAII, 2001)

• Recurso Renovável e Auto-sustentável – Inexaurível.

• Recurso Bem-caracterizado – Fácil estimativa do potencial do recurso.

• Abundante – Apesar de sua variação nas estações climáticas.

• Nativa – Produção pontual.

• Limpa – Totalmente livre de poluição.

• Consistência – É a mais consistente das fontes de energia renováveis

intermitentes.

• Previsível – As ondas são fenômenos mais regulares que os ventos e o sol.

• Concentração de Energia – As ondas contêm mil vezes mais energia cinética

que o vento.

• Modular – As usinas podem ser construídas tão pequena, ou tão grande,

quanto se queira.

• Localização Flexível – onshore, nearshore, offshore.

• Proteção à Costa – Em solução compartilhada na dissipação da força das

ondas.

• Harmonia à Vida Marinha – Se desejado pode funcionar como recife artificial.

• Independência Energética Local e/ou Regional – Aplicação local eliminando a

dependência de combustível fóssil.

• Uso compartilhado com outras atividades - Divisão de infra-estrutura e

custos.

5.6.2 Proximidade das Populações

O Brasil teve seu processo de colonização no litoral e, por séculos, seu

desenvolvimento se deu paralelo à costa, fazendo com que mais de 90% de sua

população resida na faixa de terra mostrada na Figura 5.13. Os maiores centros

populacionais do Brasil estão nas capitais de estados. Do nordeste ao sul do país,

com exceção de Teresina/PI, Curitiba/PR, São Paulo/SP, e Porto Alegre/RS, todas

as capitais são litorâneas.

As Usinas de Ondas estariam seguindo o mesmo traçado paralelo à ocupação do

país, ou seja, próximo à demanda.

126

Figura 5.13: BRASIL – Densidade Demográfica.

127

6 Caracterização do Recurso Energético das Ondas do Mar

O levantamento de dados de ondas na costa brasileira é prática recente. PARENTE

(1999) faz um histórico dos principais eventos de campanhas sistemáticas, que

teve seus ícones com a primeira realizada em 1967 e em 1986-1987 com a

primeira campanha de longa duração em águas profundas. A Medição Direcional de

ondas é fato mais recente ainda, realizada em plataforma offshore no ano de 1992.

Preocupações com o regime de ondas no litoral brasileiro vieram ganhar espaço

contemporaneamente com o advento da produção de petróleo em águas cada vez

mais profundas. Contudo, ainda muito centralizado e ligado à atividade petrolífera,

e em proporções bem menores que o ideal. Desta forma, pode-se dizer que o litoral

brasileiro, em sua maior parte, ainda encontra-se desconhecido à luz de técnicas

modernas de medições e caracterização dos seus oceanos.

As poucas estatísticas existentes no país tiveram motivação para aplicações muito

específicas, que fazem delas documentos direcionados unicamente para os fins de

sua geração e encobrindo em sua análise, de forma não intencional, dados

possivelmente úteis a outras atividades.

Neste aspecto, a exploração das ondas marítimas com fins energéticos não dispõe

de informações necessárias para a caracterização do recurso e sua conversão em

eletricidade. A superposição de “mares” de diferentes direções, por exemplo,

produz interações não lineares e, conseqüentemente, não estacionárias no

processo. A apresentação de estatísticas em forma de médias é um fator

comprometedor para caracterização do mar com fins energéticos, à medida que

mascara a ocorrência de eventos isolados (MENDES, 2005).

O mesmo pode acontecer no caso da existência de apenas um “mar”, à medida que

ondas de freqüência e direções próximas estão susceptíveis à combinação de forma

construtiva ou destrutiva, que resulta em valores de espectros altos e baixos, para

os diversos seguimentos.

A obtenção de médias a partir de técnicas convencionais, além de introduzir alguma

tendenciosidade na estimativa de direção principal de ondas, pode ainda impedir a

detecção de eventos marcantes ao longo do registro (MENDES, 2005).

128

As ondas oceânicas são fenômenos bastante complexos e altamente variáveis. O

clima de ondas tem forte influência nas especificações de projetos de energia de

ondas e na predição anual de eletricidade (SARMENTO et al., 2001) à medida que

as características das ondas impõem determinadas limitações sobre os aparatos de

conversão de energia e na escolha do princípio mais apropriado para aquelas

condições de mar (FALNES & LOVSETH, 1991).

A eficiência dos aparatos de conversão de energia das ondas, por exemplo, pode

variar consideravelmente diante de determinados estados de mar. Assim,

conhecendo o clima de ondas de uma região, pode-se indicar o aparato que

apresente a maior produção de energia e que seja mais adequado àquele contexto

ou, talvez, a localização mais adequada para determinado princípio de conversão. O

gráfico da Figura 6.1 mostra a eficiência de alguns aparatos conhecidos para

diversas condições de altura de ondas (SANDERS et al., 2003).

W1 Swan DK3 W7 Pelamis

W2 OWC Pico dos Açores W8 Wave Dragon

W3 OWC Mighty Whale W9 Wave Plane

W4 Point Absorber W10 Wave Turbine

W5 Wave Plunger WP-25 NZ Target Design W6 The DWP System

Figura 6.1: Eficiência de Determinados Aparatos em Relação à Altura Significativa de Ondas Fonte: Extraído de New Zealand Wave Energy Potential (SANDERS et al., 2003)

A investigação do clima de ondas capacita um local, ou uma região, com melhores

informações para sua utilização mais ampla. Qualquer operação offshore ou

nearshore que necessite de dados mais precisos das condições de mar, poderá ter

os resultados traduzidos em economia e segurança.

Hs (m)

Eficiência

129

A diversidade de aplicação para as atividades que dependem do conhecimento do

clima de ondas poderia ser exemplificada no dimensionamento de obras costeiras e

offshore, na criação de áreas abrigadas, ajuda à navegação e à construção de

embarcações que atuam na região e, em especial, a exploração energética das

ondas do mar, como foco principal. Certamente que estes objetivos somente serão

alcançados com investigação criteriosa, ao invés da generalização de informações

imprecisas sobre o clima de ondas.

Para a geração de energia elétrica o correto dimensionamento da usina, baseada

nos recursos disponíveis, tem fortes implicações técnicas, econômicas, financeiras e

ambientais no projeto. À medida que o dimensionamento dos equipamentos é

muito dependente desse clima, investigações desse tipo podem fazer a diferença

para o alcance dos resultados desejados (SARMENTO et al., 2001).

6.1 Circulação Atmosférica

6.1.1 Aspectos Gerais

O item presente descreve os principais aspectos dos mecanismos atmosféricos

globais responsáveis pelas condições climáticas que afetam e/ou delimitam a região

em análise. É bom ter em mente que a terra, e todos os seus padrões de

circulação, balanços energéticos e moções da atmosfera são muito complexos. Um

sumário poderá facilitar o entendimento e oferecer uma base teórica para descrever

os principais fenômenos de influência no clima de ondas localizado que se deseja

evidenciar.

A circulação atmosférica terrestre é determinada pelo efeito combinado da rotação

da terra em volta do seu eixo, da inclinação variável desse eixo e da rotação da

terra em torno do sol. Existe uma hierarquia de movimentos na circulação

atmosférica onde cada controle pode ser subdividido em controles menores sobre

determinados fatores (SCHLANGER).

Os raios solares incidem sobre a face da terra de forma desigual, variando de

perpendicular na região equatorial a tangencial nas regiões polares, provocando

diferença na temperatura e, conseqüentemente, na distribuição de energia no

130

planeta. A Figura 6.2 ilustra essa incidência que tem como conseqüência o

aquecimento desigual do planeta.

Figura 6.2: Variação do Ângulo de Incidência dos Raios Solares Fonte: http://geography.uoregon.edu

O balanço energético global é um balanço equilibrado de radiação de ondas curtas,

entrando na atmosfera, e de radiação de ondas longas saindo da atmosfera

(SCHLANGER). Quando se tem um excesso de radiação será originado ar aquecido

e quando se tem um déficit de radiação se originará ar frio.

A terra está em um equilíbrio térmico onde pode haver um excesso ou déficit de

energia em determinadas partes. O balanço térmico é que determina a circulação

da atmosfera e dos oceanos. A Figura 6.2 também ilustra a variação do gradiente

térmico sobre a superfície da terra. A energia térmica é redistribuída de áreas mais

aquecidas para áreas mais frias, por meio da circulação do ar atmosférico e das

correntes oceânicas, numa proporção de 60% e 40%, respectivamente

(SCHLANGER).

Essa energia atinge a superfície da terra em grande quantidade na região tropical e

subtropical. O excesso de energia nos trópicos aquece o ar ali estabelecido,

expandindo-o e tornando-o mais leve, menos denso (TAKLE, 1996). Através dos

processos de convecção e convergência, o ar é elevado verticalmente, criando o

movimento padrão chamado Ciclone e transformando o espaço deixado por ele em

uma área de baixa pressão no globo, como ilustrado na Figura 6.3.

Energia Solar Difusa Raios Oblíquos Aquecimento Mínimo

Energia Solar Difusa Raios Oblíquos Aquecimento Mínimo

Energia Solar Concentrada Raios Perpendiculares Aquecimento Máximo

131

Figura 6.3: Formação do Ciclone Fonte: http://physics.uoregon.edu

O ar aquecido na região do equador atinge o topo da troposfera a uma altitude

máxima da ordem de 14 a 15 km e começa a fluir horizontalmente no sentido dos

pólos. Como nos pólos o déficit de radiação gera ar frio, mais denso, forma-se ali

uma área de alta pressão. A existência de áreas com diferentes pressões

atmosféricas criadas pela temperatura forma um gradiente. Essa diferença de

potencial cria um fluxo superficial, um movimento compensatório de ar de regiões

polares de altas pressões para regiões equatoriais de baixas pressões, numa

redistribuição de energia na atmosfera, gerando os ventos (HEATH). O diagrama da

Figura 6.4 ilustra, de forma simplificada, o ciclo descrito da célula de circulação

atmosférica.

Figura 6.4: Célula de Circulação Atmosférica Simplificada Fonte: Extraído de Lutgens & Tarbuck, 2001

Este seria o cenário se a terra estivesse estacionária em seu eixo. Contudo, a terra

gira e esse esforço deflete os ventos pelo efeito da força de rotação da terra

batizada como Força de Coriolis. A Figura 6.5(a) exemplifica o sistema de forças

Célula de Circulação

Célula de Circulação

Quente

Frio

Frio

Flu

xo n

a S

up

erf

ície

Flu

xo n

a S

up

erf

ície

Vento Convergente

Vento Convergente

Baixa

132

dos ventos que tem sua resultante modificada pela ação da força de rotação

terrestre. A Figura 6.5(b) ilustra como se dá o comportamento através das isóbaras

sob a orientação de novas componentes de forças. A Figura 6.5(c) mostra a

deflexão dos ventos em ambos os hemisférios do globo.

Figura 6.5(b): Comportamento das Forças nas Isóbaras Figura 6.5(c): Deflexão dos Ventos

Fonte: http://ww2010.atmos.uiuc.edu Fonte: www. http://www.glacier.rice.edu

Um efeito marcante da força de Coriolis é a quebra da grande célula de circulação

(Figura 6.4). Assim se originam as três principais células de circulação, ou cinturões

de ventos, na superfície de cada hemisfério, mostrados na Figura 6.6 e descritos

em maior detalhe nos parágrafos que se seguem. Agora, ao invés de ventos nos

sentidos norte-sul e sul-norte em uma única célula, têm-se forças defletidas.

Figura 6.5(a): Sistema dos Vetores de Forças Fonte: http://ww2010.atmos.uiuc.edu

1888 mb

1884 mb

1008 mb

Pólo Norte

Hem

isfé

rio N

ort

e

H

em

isfé

rio N

ort

e

H

em

isfé

rio S

ul

Hem

isfé

rio S

ul

Rotação da Terra

133

Figura 6.6: Células de Circulação Formadas pela Ação da Força de Rotação da Terra

Fonte: Extraído de Lutgens & Tarbuck, 2001

6.1.2 Células de Circulação

A corrente de ar aquecida no equador e que se encontra viajando rumo aos pólos

na camada superior da atmosfera, agora sob o efeito da força de Coriolis, sofre

deflexão sendo, impedida de ir mais adiante. Nas proximidades da latitude 30° o ar

passa a fluir regionalmente de leste para oeste (PIDWIRNY, 2004).

Este fluxo de ar localizado é conhecido como Corrente de Jato Subtropical e

promove um acúmulo de ar na camada superior da atmosfera fazendo surgir uma

zona da alta pressão conhecida como Zona de Alta Pressão Subtropical. Como

forma de compensação deste acúmulo, parte desse ar na camada superior da

atmosfera se afunila em direção à superfície, criando outro movimento padrão

chamado anticiclone que está ilustrado na Figura 6.7. Nesta posição o ar estará

sempre sujeito as pressões crescentes em conseqüência da predominância das

células de alta pressão.

A zona de alta pressão subtropical, na realidade, não é um cinturão de alta pressão

uniforme estendido ao redor do planeta. De fato, o sistema consiste de algumas

células localizadas de anticiclones de alta pressão. Estes sistemas estão localizados

aproximadamente entre as latitudes 20° e 30° (CARVALHO, 1998).

Célula de Ferrel

Célula de Ferrel

Célula de Hadley

Célula de Hadley

Célula Polar

134

Figura 6.7 Formação do Anticiclone Fonte: http://physics.uoregon.edu

Os sistemas de alta pressão subtropical se intensificam sobre o oceano durante o

verão, ou estações aquecidas. Durante estas estações o ar sobre os corpos

oceânicos permanece relativamente frio devido ao lento aquecimento da superfície

da água em relação à superfície da terra. Sobre a terra, esse processo ocorre

durante os meses de inverno, quando o solo se resfria rapidamente em relação ao

oceano, formando grandes massas continentais de ar frio (CARVALHO, 1998).

Desta zona de alta pressão, o ar se desloca sobre a superfície do globo em duas

direções. Uma parte se move em direção à zona de baixa pressão formada no

equador, completando o sistema de circulação conhecido como Célula de Hadley.

Este é o primeiro cinturão de vento referido anteriormente. Este movimento de ar

forma os ventos tropicais de leste - Alíseos Sudeste (Hemisfério Sul - deflexão

esquerda), e os Alíseos Nordeste (Hemisfério Norte - deflexão direita) - (PIDWIRNY,

2004), fenômenos de imensa importância no clima de ondas, próximos à linha do

equador, em especial dos estados das regiões norte e nordeste do país. A Figura

6.8 mostra como os sistemas de alta pressão e de baixa pressão se integram e as

divisões das direções do ar a partir de cada zona de pressão.

A outra parte desse ar, oriunda da Zona de Alta Pressão Subtropical, se move em

direção aos pólos em busca de maiores latitudes, ganhando um pouco mais de

temperatura no seu trajeto sobre a superfície. Por volta da latitude 60°, mais uma

vez pela ação da força de Coriolis, o vento é defletido de leste para oeste formando

nestas latitudes os Ventos Dominantes de Oeste (Westrelies), que vêm a colidir

com o ar frio oriundo dos pólos. Este encontro resulta em um levantamento frontal

daquele ar mais aquecido e a formação de um intenso sistema de baixa pressão

denominado Zona de Baixas Pressões Subpolares, ou Ciclones de Latitudes Médias.

Ao atingir o topo da troposfera uma pequena parte do ar retorna estabelecendo

outro padrão de circulação vertical que são as Células de Ferrel, cinturão de vento

Vento Divergente

Vento Divergente

Ar Descendente

Alta

135

que ocorre entre as latitudes 30° e 60° de ambos os hemisférios. A maior parte

desse ar é direcionada ao vórtice polar para contribuir na formação do terceiro

cinturão de vento, como será visto adiante. Os ventos da camada superior também

sofrem o efeito da força de Coriolis e se deformam originando a Corrente de Jato

tropical, geralmente em direção aos pólos.

Figura 6.8: Integração dos Sistemas de Alta Pressão e Baixa Pressão Fonte: http://ess.geology.ufl.edu

No hemisfério norte, as baixas subpolares não formam um cinturão contínuo ao

redor do globo. Na verdade elas existem como centros localizados de ciclones de

baixa pressão. O desenvolvimento de baixas subpolares no verão só acontece de

forma branda, contrariamente ao que ocorre no hemisfério sul. A razão para este

fenômeno é que como há mais massa de continente no hemisfério norte que no

hemisfério sul, um aquecimento considerável da superfície da terra toma lugar

entre as latitudes 60° e 90° N, fazendo com que, geralmente, não se formem

massas polares de ar (CARVALHO, 1998).

As Zonas de Baixas Pressões Subpolares formam uma zona de baixa pressão

contínua no hemisfério sul entre as latitudes 50° e 70°. A intensidade dessas baixas

varia de acordo com a estação climática. Esta zona é mais intensa durante o verão

do hemisfério sul. Nesse período encontra-se uma maior diferença de temperatura

entre as massas de ar em ambos os lados desta zona.

Anticiclone Isóbaras como nas cartas

Ciclone

Alta Baixa

Convergência Superior Divergência Superior

136

Ao norte desse cinturão de baixa subpolar o verão aquece as massas de ar

subtropical. Ao sul, o gelo que cobre a superfície da Antártica reflete de volta ao

espaço grande parte da radiação incidente. Como conseqüência, as massas de ar

sobre a Antártica se mantêm geladas por causa do pouco aquecimento da superfície

do solo. O ar é excessivamente frio e denso. Na zona subpolar o encontro da massa

de ar morna da região subtropical e massa de ar gelada polar promovem a

“Elevação Frontal”. Estas massas de ar frio, das regiões polares, são mais densas

que as massas de ar ligeiramente mais aquecidas estabelecidas em latitudes mais

baixas. Por isso se movem para baixo, em direção a células de alta pressão mais

fracas, nas camadas mais baixas da atmosfera, que se encontram nas latitudes 60°

sul e norte. Este fenômeno é responsável por frentes frias polares que empurram e

elevam o ar mais aquecido, provocando a “Elevação Frontal” e criando o terceiro

cinturão de vento, a Célula Polar.

O modelo das três células de circulação é uma idealização. Embora o sistema global

de circulação atmosférica explique em termos gerais muitos dos padrões de grande

escala no tempo meteorológico, há muitos pormenores e muitos fenômenos de

pequena escala a serem considerados na dinâmica diária e anual. Na realidade os

ventos não são estacionários, os cinturões de pressão não são contínuos e há três

grandes razões para isso. Em primeiro lugar, a superfície do planeta não é

uniforme. Nem no material de sua composição, que permite um aquecimento

irregular devido aos contrastes terra-água, nem no relevo, já que as elevações

proporcionam o aparecimento de centros de pressões que se intensificam à medida

que a altitude cresce, especialmente para os sistemas de altas pressões. Em

segundo lugar, o fluxo de ventos pode se tornar instável e gerar tormentas, tufões

e tornados. E em terceiro lugar, a incidência solar não permanece sobre a linha do

equador de forma igual, mas se move entre as latitudes 23,5° sul e 23,5° norte, no

curso de um ano, devido a variação de inclinação da Terra no seu eixo em

movimento em torno do sol. A superfície da terra fica exposta à radiação em

diferentes ângulos e em diferentes meses do ano. Este fenômeno dá origem às

estações climáticas da terra (SCHLANGER, 2005) e encontra-se ilustrado na Figura

6.9.

137

Figura 6.9: Origem das Estações Climáticas Fonte: http://geog-www.sbs.ohio-state.edu

Os regimes de vento apresentam certa regularidade dentro de intervalos de meses,

ou até mesmo anos, sendo bem definidos sazonalmente ao longo do ano,

controlados pelas grandes escalas atmosféricas da escala sinótica e a circulação

planetária geral (AMARANTE et al., 2003). Na composição desses fatores, e dentro

do caráter estocástico que seguem, têm-se as velocidades e direção dos ventos

seguindo tendências sazonais e diurnas bem definidas (CARVALHO, 1998).

Além disso, há efeitos menores resultantes das diferenças entre dia e noite; há a

contribuição do efeito de cobertura de nuvens e dos diferentes graus de absorção

de calor das superfícies do solo e da água, que contribuem para variação de

temperatura sobre o globo e conseqüente variação de pressão (HEATH). Todos

esses fatores fazem com que o padrão de circulação global torne-se um pouco mais

complicado. De fato, o que existe são sistemas semi-permanentes de altas e baixas

pressões. Semi-permanentes porque podem variar em intensidade e/ou posição

durante o ano (SCHLANGER, 2005).

Entre os mecanismos envolvidos na formação dos ventos destacam-se os

aquecimentos da superfície terrestre de forma desigual. Estes mecanismos ocorrem

tanto em escala global devido às diferentes latitudes, como em escala local,

influenciando na direção dos ventos mar-terra, montanha-vale e vice-versa.

Equinócio 21-22 de Março Sol Vertical no Equador

Equinócio 22-23 de Setembro Sol Vertical no Equador

Solstício 21-22 de Junho Sol Vertical na Latitude 23° 30”N

Solstício 21-22 de Dezembro

Sol Vertical na Latitude 23° 30”S

Circulo Polar Ártico

Trópico de Câncer

Equador

Trópico de Capricórnio

Órbita

Sol

138

6.2 As Ondas de Gravidade

A passagem dos ventos sobre os oceanos transfere energia cinética ao mar.

Somente uma parcela dessa energia é transformada em ondas. A quantidade de

energia transferida pelo vento depende do seu tempo de atuação sobre aquela

superfície. Pode-se então deduzir que a energia contida nas ondas é simplesmente

uma derivada da energia eólica que, por conseguinte, é derivada da energia solar, a

qual é constantemente renovada pelo sol e o mecanismo da atmosfera (HEATH).

O vento quando atua sobre a superfície da água transfere quantidade de

movimento ao mar, pressionando a superfície da água que, em busca de outro

estado de equilíbrio, se deforma originando ondas dentro de uma gama variada de

freqüências e direções. A Figura 6.10 exemplifica como se dá a transferência de

energia do vento para a onda na camada limite que os separa.

Figura 6.10: Transferência de Energia do Vento para o Mar Fonte: Extraído de Thurman, H.V. & Trujilo, A. P.

No ambiente marinho os escoamentos são praticamente oscilatórios. Apresentam

movimentos ondulatórios, ora em um sentido ora contrário, não constituindo fluxo

unidirecional (OLIVEIRA F°, 2006). As ondas do mar podem ser vistas como um

perfil senoidal que se propaga ao longo da superfície do mar. As principais

características das ondas são: a distância horizontal entre duas cristas sucessivas

(comprimento de onda, λ), a distância vertical entre a crista e o cavado (altura de

onda, H) e o tempo decorrido entre o aparecimento de duas cristas sucessivas

(período, T), conforme diagrama da Figura 6.11.

Baixa Pressão

Baixa Pressão

Alta Pressão

Sobe

Desce

Sobe

139

Figura 6.11: Características de uma Onda

Fonte: Extraído de Energy Efficiency and Conservation Authority, 1997

Na verdade uma onda de mar real é tridimensional, onde as relações geométricas

em cada direção de referência são igualmente importantes. O que se faz é

considerar o processo como linear, pelo somatório de várias ondas de dimensões e

direções variadas. Assim, tem-se uma onda bidimensional definida por uma

dimensão horizontal (x) coincidente com sua direção de propagação e por uma

dimensão vertical (OLIVEIRA F°, 2006).

Depois de formar a onda e, enquanto esse vento continuar agindo sobre ela, irá

transformá-la em uma onda mais alta, de período maior e assumir a direção de

impulsionamento desse vento. Isto faz da formação das ondas um processo

contínuo, com aumento gradual da altura, do período e definição da direção

(OLIVEIRA F°, 2006). Essa evolução encontra-se ilustrada no gráfico da Figura

6.12. Desta forma o vento cria na superfície do mar ondas de vários períodos e

alturas se propagando simultaneamente em diferentes direções (espectro de

ondas). A superposição dessas diversas ondas se reflete no aspecto irregular

observado no oceano (MELO F° et al., 1993).

Usando a teoria linear de onda (o que é em geral justificado enquanto a onda não

quebra) e considerando a onda em águas profundas (profundidade, h maior do que

a metade do comprimento de onda, 2/λ ) tem-se que o fluxo de energia de uma

onda senoidal, por unidade de frente de onda é dado por:

TH32

gP 2

2

π

ρ= (6.1)

Período

Direção

→ Velocidade

Comprimento da Crista

Comprimento de Onda

Leito do Mar

Prof.

Nível Médio

Altura de Onda

140

onde ρ é a massa específica da água, g é a aceleração da gravidade, H é altura da

onda, ou seja a distância vertical entre a crista e o cavado da onda, e finalmente, T

é o período desta onda. Percebe-se assim, a importância maior da altura da onda,

elevada ao quadrado, em face do período portador (ESTEFEN et al., 2003).

A descrição das ondas feita acima diz respeito a ondas monocromáticas, simples. O

mar real é em geral modelado como um processo aleatório, resultado da

superposição de um grande número de componentes monocromáticas. Neste

modelo aleatório, as características das ondas – altura, período e direção - passam

a ser consideradas como variáveis aleatórias, ou seja, não-determinísticas.

Admite-se que para cada estado de mar (com duração de cerca de três a quatro

horas) as propriedades estatísticas das ondas permanecem constantes. Os

parâmetros estatísticos que caracterizam os estados de mar serão utilizados para

fazer o levantamento da potência de ondas disponível em cada região do oceano.

Os parâmetros estatísticos mais utilizados são a altura de onda significativa Hs e o

período de energia Te. As condições do mar podem ser obtidas a partir do

conhecimento do clima de ventos responsável pela geração das ondas. Tais

modelos foram, por exemplo, utilizados no Programa de Energia de Ondas da Grã-

Bretanha para determinar as condições do mar em programas de testes realizados

em tanques oceânicos. O modelo em questão determina a distribuição de energia

das ondas, S(f), em função da freqüência das ondas, f:

)exp()( 45 −− −= BfAffS (6.2)

onde A é uma constante e B é função da velocidade do vento. Algumas formulações

mais refinadas incluem o espalhamento da energia das ondas em função da direção

das ondas, θ. O efeito desta variação com a direção é representado com freqüência

pelo fator de direcionalidade (DF) que representa a parcela de potência de um mar

real que pode ser interceptada por um aparato unidirecional de extração de energia

das ondas,

∫∫

=θθ

θθθ

dP

dPDF

)(

)cos()( (6.3)

141

onde P(θ) representa a potência média de uma onda que se propaga na direção θ.

Uma das formas de apresentar esta distribuição de energia das ondas em termos

da direção de propagação é a chamada “rosa das ondas”. Conforme as ondas se

aproximam da costa os mecanismos de modificação das ondas levam a uma

redução na distribuição angular de potência das ondas e conseqüentemente a um

aumento no fator de direcionalidade. Para aqueles aparatos isolados capazes ou de

mudar sua orientação ou capturar energia das ondas vindas de qualquer direção o

fator de direcionalidade não tem grande importância. No entanto, para esquemas

envolvendo uma rede de aparatos em linha, o fator de direcionalidade vai limitar a

quantidade de energia das ondas que pode ser absorvida pelos aparatos e, portanto

a geração de energia.

A potência contida num estado de mar real pode ser estimada a partir da seguinte

relação:

es THmkWP249,0)/( = (6.4)

onde sH (m) é altura média significativa e eT é o período de pico da onda

(ESTEFEN et al., 2003).

Figura 6.12: Espectro de Onda - Evolução de Onda sob Vento Contínuo Fonte: (OLIVEIRA F°, 2006).

A distância é outra limitação ao tempo de atuação do vento, ou seja, o espaço físico

que ele dispõe a sua frente até antes de alcançar a costa. De forma genérica,

Direção de Propagação

142

quanto mais distante da costa têm-se ondas maiores e, quanto mais próximo da

costa, ondas menores.

Assim, a atuação de um vento sobre uma determinada onda está determinada pela

intensidade do vento, sua duração sobre aquela onda e a extensão da superfície do

mar em que esses fatores acontecem conjuntamente, atuação limitada até que um

deles cesse. Esta área é denominada “Pista” de onda (fetch) (HEATH) e encontra-se

ilustrada na Figura 6.13.

Dentro da área onde são geradas e mantidas pelo vento que as formou, as ondas

apresentam uma forma desorganizada, denominada “Vaga” (Sea) e, se os ventos

forem fortes e duradouros o suficiente, o padrão se torna mais simétrico, mais

suave, passando a ter a denomição “Ondulação” (Swell). Este padrão de onda é

encontrado fora da zona de geração. Em resumo, as ondas no início de sua

formação são pequenas e a contínua ação do vento determina seu tamanho final.

Ainda que o vento continue soprando indefinidamente o crescimento de uma onda

gerada por ele não é infinita. Há um estado limite de evolução chamado “Mar

Completamente Desenvolvido” (fully developed sea).

A onda uma vez formada adquire vida própria. O vento pode até mudar de direção

cessando sua contribuição para aquela onda em questão, que ela poderá viajar

grandes distâncias com pouquíssima atenuação de energia, até se dissiparem na

arrebentação em alguma costa distante (HEATH). A Figura 6.13 apresenta a

variação dos estados de mar relacionando-os aos períodos de sua ocorrência.

Figura 6.13: Área de Geração e Propagação das Ondas de Gravidade Fonte: Extraído de Thurman & Trujilo, 1997

Tempestade

Vento

Pista

Limite da Tempestade

Direção da Onda

143

A partir da Figura 6.14 pode-se perceber que há uma vasta gama desses

movimentos que se diferenciam pela forma de geração, modo de restauração,

periodicidade em que ocorre, energia que portam, e pelos efeitos que causam ao

meio (OLIVEIRA F°, 2006).

106

105

104

103

102

101

100

10-1

10

ForçaGeradora

Nomenclatura

ForçaRestauradora

Período (s)

Energ

ia

-2

Figura 6.14: Espectro dos Movimentos Ondulatórios Marítimos Fonte: (OLIVEIRA F°, 2006)

6.3 Influência dos Sistemas de Circulação na Climatologia Local

O comportamento climatológico de um dado sítio pode se dar de diferentes

maneiras, segundo os sistemas meteorológicos ao qual o local está submetido.

Como não existe uma fórmula única de determinação dessa influência será

realizado no presente item um estudo de caso do clima de ondas no Porto do

Pecém/CE, cuja análise será descrita nos sub-itens seguintes.

Os regimes de vento na camada limite da atmosfera caracterizam-se pela sua

acentuada variação geográfica, influenciada pelo relevo terrestre e também por

fenômenos sinóticos e de mesoescala. As velocidades médias dos ventos podem

apresentar desvio padrão de até 10% no seu valor dentro de intervalos de tempo

mais longos como décadas (ATLAS EÓLICO DO ESTADO DO CEARÁ, 2001).

144

Como dito anteriormente os sistemas não são completamente estacionários e

haverá sempre uma zona limítrofe susceptível às manifestações climáticas

ambíguas, que vez por outra podem dificultar a determinação de onde começa uma

área de clima de onda homogêneo e onde termina a outra. Assim, levando em

consideração as questões até aqui abordadas, decidiu-se realizar a análise para

cada região política estabelecida, por ser a melhor forma de tratar o clima de ondas

de forma mais homogênea.

A região litorânea brasileira sofre forte influência do anticiclone subtropical do

Atlântico Sul, que gera ventos de quadrante sudeste e leste ao longo do ano inteiro,

sendo o responsável pelas condições meteorológicas mais freqüentes na região, em

especial os ventos alíseos (AMARANTE, 2001). No Brasil, e em especial no nordeste

brasileiro, os ventos alíseos são formados a partir da contribuição de uma vasta

área de oceano, sobre superfície plana, livre de obstáculos, proporcionando uma

particularidade na sua intensidade, constância e turbulência relativamente baixa.

Além do mais conta com a contribuição de gradientes térmicos terra-oceano,

acrescentando brisas marinhas à sua intensidade. A Figura 6.15 mostra as

superfícies oceânicas dos hemisférios norte e sul que contribuem na formação dos

ventos na região em análise e os movimentos circulatórios de especial interesse

para as regiões norte e nordeste.

Os ventos alíseos são o movimento contínuo das massas de ar de superfície em

direção às menores pressões da faixa equatorial aquecida, em sentido oposto à

rotação terrestre, efeito conseguido pela força de Coriolis, através da conservação

de movimento angular das massas de ar. Os ventos alíseos são oriundos dos dois

hemisférios, ambos convergindo para uma região de baixa latitude em volta da

linha do equador, denominada Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Assim, o

cinturão equatorial, região compreendida entre as latitudes 5° norte e 5° sul

aproximadamente, é caracterizado por ventos fracos e baixas pressões, refletindo

na característica da onda reinante local. No Brasil essa área corresponde a faixa de

litoral que vai do Oiapoque/AP, latitude 4,4° N, na região norte do país ao litoral

nordestino até o Rio Grande do Norte.

145

Figura 6.15: Área de Contribuição e Gradientes Térmicos Fonte: (Atlas Eólico do Estado do Ceará, 2001)

Sua posição pode mudar durante ciclos anuais, provocando modificações climáticas

características na região. O movimento da ZCIT, de acordo com a mudança das

estações climáticas, controla os ventos na linha do equador. As Figuras 6.16 e 6.17

apresentam a posição da ZCIT em volta da linha do equador nos meses de janeiro e

julho, respectivamente. Normalmente a ZCIT migra de sua posição mais ao norte

no atlântico para uma posição mais ao sul durante o verão austral. Os ventos

alíseos do sudeste são mais intensos quando a ZCIT está ao norte, período

correspondente aos meses de agosto a outubro, diminuindo progressivamente com

sua migração para o equador para alcançar os valores mínimos anuais durante os

meses compreendidos de março a abril, quando os ventos sudestes são mais

fracos.

O movimento que se forma ao norte da ZCIT, e a intensificação dos ventos do

sudeste que se inicia em maio, provocam fortes efeitos no oceano, variações do

nível do mar e aumento da velocidade das correntes costeiras (MAIA, 1998).

Na região litorânea e continental do nordeste brasileiro a direção dos ventos alíseos

sofre influencia da ação dos gradientes térmicos mar-continente e interiores em

relação à região continental e influências orográficas. São mecanismos de escala

local que geram ventos marinhos e terrestres produzidos pelas diferenças diárias do

aquecimento e resfriamento da terra e da água. As brisas trazem ar fresco do mar

para a terra durante o dia, quando a temperatura da água for menor que a da

terra, enquanto o terral empurra o ar fresco da terra sobre as águas no período

noturno quando a temperatura da água for maior que a da terra.

146

Figura 6.16: Variação do Gradiente de Pressão - Janeiro Fonte: Iowa State University

Figura 6.17: Variação do Gradiente de Pressão - Julho Fonte: Iowa State University

Especificamente para o sítio de implantação do protótipo brasileiro de conversão de

energia das ondas, a ZCIT se sobrepõe ao território do Estado do Ceará,

geralmente, nos meses de março a maio, quando os ventos atingem sua

intensidade mínima anual, retornando às latitudes equatoriais nos demais meses do

ano. É dentro desse período, em especial entre os meses de julho e dezembro, que

os ventos atingem seus valores máximos em intensidade e constância. O estado do

Ceará possui a totalidade dos seus 573 km de litoral dentro de uma variação muito

pequena de latitude, da ordem de apenas 2°, sendo o município litorâneo mais ao

Fre

nte

Pola

r C

élu

las d

e H

ad

ley

Fre

nte

Pola

r Fre

nte

Pola

r

Célu

las d

e H

ad

ley

Fre

nte

Pola

r

ZCIT

ZCIT ZCIT

ZCIT

147

norte Jijoca de Jericoacoara (latitude 2,8°) e o município mais ao sul Icapuí

(latitude 4,8°) (IBGE). As Figuras 6.16 e 6.17 ilustram também a alteração do

gradiente de pressão sobre o Atlântico Sul, ao longo do ano, que contribuem para

intensificação dos ventos alíseos.

Por volta do mês de janeiro a ZCIT se encontra ao sul do equador, (Figura 6.16).

Durante este período o hemisfério sul encontra-se inclinado em direção ao sol e

recebe as maiores contribuições de radiação de ondas curtas. A ZCIT não está

exatamente paralela às linhas de referências das latitudes. As curvas nas linhas

ocorrem devido às diferentes características de aquecimento da água e terra. No

continente da América do Sul, bem como da África e da Austrália, estas alterações

ocorrem em direção ao pólo sul. Este fenômeno ocorre porque a terra se aquece

mais rápido que o oceano.

Por volta do mês de junho a ZCIT se encontra ao norte do equador (Figura 6.17).

Essa elevação da posição relativa ocorre porque a altitude do sol agora é maior no

hemisfério norte. A maior elevação ocorre em direção ao leste, podendo atingir

latitudes de até 40° em alguns lugares.

À medida que se avança ao norte, ou ao sul, se encontra as Células de Hadley

causadas pelo movimento de alta pressão das latitudes compreendidas entre 5° e

30°, em ambos os hemisférios, em direção às áreas de baixa pressão em volta da

linha do equador. Essa área encontra-se paralela a praticamente todo litoral leste

brasileiro que se estende do estado do Rio Grande do Norte (cidade de Touros –

latitude 5,2°) ao estado do Rio Grande do Sul (na altura do município de Chuí -

latitude 33,6°).

No Atlântico Sul o sistema de alta pressão é praticamente semi-estacionário, com

variação da sua posição média anual devido ao gradiente de temperatura entre o

oceano e o continente. Durante o período do inverno o centro de alta pressão se

move um pouco para o oeste, em direção ao continente, por este encontrar-se

menos aquecido que o oceano.

Já no verão ocorre a queda de pressão no interior do continente americano,

deixando o centro de alta pressão em direção ao leste, quando o mar se encontra

comparativamente menos aquecido. Conseqüentemente, este movimento da área

de geração em relação ao continente há de promover alterações sazonais na

148

característica das ondas, como explicado em parágrafo anterior. Pode-se perceber

nas Figuras 6.16 e 6.17 a variação da posição média do anticiclone subtropical do

Atlântico Sul em relação ao continente sul americano em duas estações climáticas

distintas.

Os ciclones extratropicais têm trajetória entre 40° e 60° S, de oeste para leste, se

deslocando do oceano pacífico para o oceano atlântico pelo sul do continente e, por

vezes, não exerce influência no Brasil em sua componente zonal. Há, porém

situações em que os ciclones adquirem um componente de deslocamento adicional

ao atravessar a região andina interagindo com a circulação atmosférica sobre a

América do Sul, numa propagação meridional, de sudeste para nordeste, podendo

atingir latitudes tropicais. Essas trajetórias, zonal e meridional, são determinantes

na direção das ondulações que atingem o sul e sudeste brasileiro e aqui são

descritos para favorecer um melhor entendimento da climatologia que ocorre no

território brasileiro.

Os anticiclones extratropicais, também chamados de ciclones frios ou polares, no

inverno são mais freqüentes, com aumento da incidência de ventos de quadrante

sul e oeste, podendo atingir, por vezes, latitudes de até 10° S (paralelamente ao

estado de Alagoas) e velocidades da ordem de 500 Km/h. Já no verão sua

incidência é menor e não ultrapassa a latitude de 19° S (paralelamente ao estado

do Espírito Santo) e velocidades da ordem de 200 Km/h. Na primavera e no

outono, por caracterizarem-se como períodos de transição, não há traços

marcantes.

De importância significativa no estudo das ondas encontram-se ainda os sistemas

frontais, formados por massas de ar vindas da Antártida em direção ao continente.

Esse encontro de massas de temperaturas distintas provoca alterações de pressão,

mudanças de temperatura em pequenas distâncias, alteração de umidade,

modificação dos ventos e precipitação.

Quando estas se movimentam em direção ao equador, tem-se os sistemas de baixa

pressão formados dentro de altas latitudes, 35° e 55° S, também chamados

ciclones. Estes ocorrem fora da linha correspondente ao litoral brasileiro, porém

não significa excluí-lo dos efeitos das frentes.

149

Os sistemas frontais não estão associados a ventos intensos, porém, sempre

acompanham a evolução das frentes e podem fornecer indícios do seu

comportamento e propagação. Um sistema frontal causa mudanças na direção dos

ventos, temperatura, e na pressão atmosférica na região por onde passa. Para

interesse específico do trabalho nos ajuda a delimitar a área de análise e o alcance

de suas extrapolações.

6.3.1 Fonte de Dados – Campanha de Medição

O litoral brasileiro tem dimensão continental e a delimitação de regiões

climatologicamente homogêneas para fins de análises estatísticas, concernente ao

clima de ondas, não se torna tarefa fácil. Trata-se de quatro regiões

geograficamente distintas, influenciadas por diversos fenômenos que variam de

uma escala global a fenômenos de meso-escala. Isso sem falar nas regiões de

transição que ora podem apresentar características de ondas pertinentes a uma

determinada região ora a outra.

Obviamente o ideal seria contar com o maior número de dados de pontos de

medição mais dispersos quanto possíveis pelo litoral. É importante lembrar que a

investigação é indispensável para o desenvolvimento de cada novo sítio de

exploração do recurso (SARMENTO et al., 2001).

É preciso ter em mente que a motivação inicial para realização desses

levantamentos estatísticos estava focada em outras utilizações que não a energia

das ondas e podem muito bem não ser a melhor representação para fins

energéticos. O estado de mar é caracterizado pelos valores típicos da Altura

Significativa de Ondas (Hs), Período (Tp) e sua Direção de Propagação (Dθ).

As estatísticas foram elaboradas a partir das informações e dados registrados pelo

ondógrafo Waverider Direcional, fundeado aproximadamente a 3 km da costa, nas

coordenadas de latitude 03°30’11”S e longitude 38°47’20”W na localidade cearense

do Pecém, litoral norte a 60 km da cidade de Fortaleza, em uma profundidade

média de 17 metros. Teve como objetivo a coleta de dados para a construção de

um porto offshore e seu monitoramento pós-construção.

A esta profundidade, relativamente baixa, as observações de direções de ondas já

sofrem influência da batimetria local. O efeito de refração tende a reduzir as

150

possíveis direções de incidência, convergindo à costa. Além do mais, quando se

depara com ângulos de incidência menores que ± 30° o efeito da direcionalidade da

onda sobre a eficiência de conversão não é dos pontos mais críticos (SARMENTO et

al., 2001).

A campanha de medição de ondas constava de 8 (oito) registros diários, durante 20

(vinte) minutos cada registro, realizados de três em três horas. A partir dessas

informações foi determinada a distribuição direcional de energia, por faixas de

freqüência e demais parâmetros que fazem parte das características de ondas da

região. O tempo total de medição consecutiva de ondas considerado neste estudo

foi de 22 meses (1997-1998), intercalado com alguns períodos em que o

equipamento esteve em manutenção, impossibilitando a continuidade em

determinadas épocas.

6.3.2 Resultados

A análise qualitativa da climatologia das ondas no litoral brasileiro foi apresentada

até agora. O presente item apresenta as estatísticas do clima de ondas da costa do

Estado do Ceará, quantificando-o a partir dos dados obtidos na campanha de

medição acima mencionada. Os gráficos das Figuras 6.18 - 6.35 representam os

dados obtidos. A seguir é apresentada uma classificação dos estados de mar em

função das situações energéticas com valores de ocorrência de cada um deles, em

busca das condições que revelem o maior potencial energético.

O mar do Ceará é caracterizado por ondas predominantemente geradas pelo vento

em termo locais (Sea) e pela ocorrência sazonal de ondas geradas fora dessa área

(Swell) (Figuras 6.18 e 6.19) (MELO Fº. et al., 1995). As estações climáticas

apresentam influência marcante no que diz respeito à zona de geração e à direção

de ondas. Mesmo assim aponta para certa regularidade anual no clima de ondas,

em termos quantitativos.

As primeiras impressões indicam na região a predominância de ondas baixas entre

1 e 2m, apesar de alguns registros de ondas até 2,5m de altura significativa

(Figuras 6.20 e 6.21). Todas, porém, apresentam uma distribuição bastante

homogênea, apontando uma regularidade na altura significativa de onda. Eventos

de ondas com altura abaixo de 1m são raros e a média anual é da ordem de 1,4m

(Figura 6.22). Assim, todas as ondas entre 1 e 2m contribuem decisivamente no

151

potencial energético do sítio com, aproximadamente, 90% da potência total,

mediante a seguinte participação: 1,25-1,5m (29%), 1,5-1,75m (25%), 1,75-2,0m

(21%) e 1,0-1,25 (14%), como ilustrado na Figura 6.34. Ondas com altura

significativa entre 1 e 1,5m podem ser dadas como constantes conforme mostram

as Figuras 6.20, 6.24 e 6.25.

Os períodos apresentam-se predominantemente curtos (5-9s) (Figura 6.25), com

período médio de 7,53s (Figura 6.29) e direção relativamente pouco variada (NNE-

ESE) (Figuras, 6.19, 6.24 e 6.28).

Os registros também mostram a ocorrência de ondas com períodos longos (12-20s)

(Figura 6.29), todas provenientes do hemisfério norte, indicando terem sido

geradas fora da área de influência do anticiclone subtropical do Atlântico Sul (Figura

6.19). A época de sua ocorrência coincide com as estações frias no Atlântico Norte

(Figura 6.27), portanto susceptível a algumas tempestades dessa região ou da

região equatorial. A contribuição total dessas ondas na potência energética do sítio

monitorado é da ordem de 22% da potência total anual (Figura 6.30). As ondas

cujos períodos mais contribuem percentualmente para a energia local são aquelas

de 7s (26%), 6s (21%) e 8s (14%), totalizando nesses três períodos 61% da

energia das ondas no sítio de medição. Em termos de ondas longas (swell) o

período que mais contribuiu para a energia local foi o de 12s (9%).

Observando a Figura 6.24 nota-se que há uma direção de mar, entre 60° e 80°, em

que as ondas raramente atingem alturas superiores a 1,5m, formando uma lacuna

entre as outras duas concentrações de massas de amostras. O texto nos próximos

parágrafos tenta explicar este fenômeno, cujo entendimento será importante mais

adiante.

Nas estações frias de ambos os hemisférios, os anticiclones encontram seus

máximos (Figuras 6.16 e 6.17). Desta forma, quando as zonas de altas pressões

atingem suas dimensões máximas no hemisfério norte, pressionam a ZCIT para o

sul (Figura 6.16). O hemisfério sul, por sua vez tem as suas zonas de altas

pressões alcançando seus menores tamanhos, permitindo a penetração máxima das

ondas geradas nas suas zonas de tempestade do Atlântico Norte que chegam à

costa brasileira na forma de swell. Analogamente, quando as zonas de altas

pressões atingem suas dimensões máximas no hemisfério sul, pressionam a ZCIT

para norte (Figura 6.17). O hemisfério norte, por sua vez, tem suas zonas de alta

152

pressão no mínimo, promovendo o alcance máximo das ondas geradas pelo

anticiclone do Atlântico Sul. Porém desta feita, na forma de “sea” devido ao

comprimento da pista. A Figura 6.36, elaborada por MENDES (2005), a partir do

sistema de ventos atuando na região, traz uma boa representação gráfica das

influências aqui comentadas em cada mês do ano, ratificando as inferências

realizadas.

A ZCIT, como região climática intermediária entre o hemisfério sul e o hemisfério

norte, sofre a influência da climatologia própria de ambos os hemisférios

intensificando-se, ou diminuindo, de acordo com a evolução climática sazonal.

Assim, a ZCIT, quando alcança sua posição relativa máxima ao sul (Figura 6.16),

em meados dos meses de dezembro e janeiro, permite a manifestação máxima do

clima de ondas formado no Atlântico Norte. Inversamente, quando a ZCIT alcança

sua posição relativa máxima ao norte (Figura 6.17), em meados dos meses de

julho e agosto, permite a manifestação máxima do clima de ondas corrente no

Atlântico Sul (Figura 6.36). Este equilíbrio de pressões e forças é que determina o

formato e a posição relativa da ZCIT ao longo do ano (Figura 6.16).

Nos gráficos das Figuras 6.19, 6.24, 6.25 e 6.29 pode-se observar a predominância

de ondas provenientes do hemisfério norte, hemisfério sul e da ZCIT em três

grupos bem destacados de 0°-60°, de 80°-125° e entre 60°-80°, respectivamente,

conforme ilustração da Figura 6.24. As ondas de períodos curtos de origem leste

têm uma leve tendência a alturas maiores que o swell.

Pelo gráfico da Figura 6.19 é notória a presença de ondas, não só do tipo swell,

mas também sea, oriundas do hemisfério norte, provando a existência de um

estado de mar gerado pelo Anticiclone do Atlântico Norte e os ventos alíseos NE.

Esta constatação vai além da simples afirmação da chegada de swells à costa

nordestina, mas de um clima de ondas proveniente daquele hemisfério (MELO F° et

al., 1993 & 1995).

Baseado nestes argumentos pode-se inferir que os mínimos de Hs e potência são

atingidos quando a região encontra-se inserida exclusivamente dentro da ZCIT

quando no seu movimento migratório sazonal Norte-Sul-Norte (Figura 6.25). Como

dito em oportunidade anterior, a ZCIT é caracterizada por baixas pressões e ventos

fracos, justificando assim as menores alturas significativas e potências de ondas

encontradas.

153

A potência contida nas ondas do Porto do Pecém, produto do quadrado de Hs e Tp

como definido na equação 6.1, encontra a configuração de seus valores dispersos

com características de ambos os fatores (Figuras 6.25 e 6.29). A existência de swell

é responsável pelos valores de pico de potência (Figura 6.31), já que a altura de

onda é quase constante. Os menores valores para Hs na faixa entre 60° e 80°,

como explicada anteriormente, são refletidos na potência dentro desta faixa de

incidência de mar (Figura 6.32).

No período analisado o sítio apresentou potências médias mensais variando de

6KW/m a 11KW/m (Figura 6.33) e uma potência média anual da ordem de

7,7KW/m (Figura 6.34). Supondo-se que as características do clima de ondas

sejam constantes para toda a faixa dos 573 km do litoral cearense, os recursos da

região são da ordem de 4,41GW.

154

Dispersão Anual de Ondas Segundo o seu Período de

Ocorrência

0

5

10

15

20

25

out/95 mar/97 jul/98 dez/99 abr/01 set/02

Campanha de Medição

Pe

río

do

T (

s)

Figura 6.18: Dispersão de Período

Dispersão Anual de Período x Direção

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120 140

Direção

Perí

od

o T

(s)

Figura 6.19: Dispersão T x Direção

Dispersão Anual de Altura Significativa de Ondas Segundo

a Ocorrência

0

50

100

150

200

250

300



Hs(m

)

Figura 6.20: Dispersão de Altura Significativa

155

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5

Altura ( Hs )

Fre

qu

ên

cia

(%

)

Figura 6.21: Ocorrência de Hs

Pecém - Altura Significativa Média das Ondas

0

50

100

150

200

Janeiro

Fevere

iro

Març

o

Abril

Maio

Junho

Julh

o

Agosto

Sete

mbro

Outu

bro

Novem

bro

Dezem

bro

1997

Hs

(c

m)

Mensal

Anual

Figura 6.22: Altura de Onda Média

Potência em Função da Altura de

Onda

0%2%14%

29%

25%

21%

8%

1%

0,75

1

1,25

1,5

1,75

2

2,25

2,75

Figura 6.23: Potência em Função de Hs

156

Dispersão Anual de Altura x Direção

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120 140

Direção

Hs (

m)

Figura 6.24: Dispersão Hs x Direção

Dispersão Anual de Potência x Direção

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100 120 140

Direção

Po

tên

cia

(K

W/m

)

Figura 6.25: Dispersão Pw x Direção

0

5

10

15

20

25

30

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 20

Período (T)

Fre

quência

(%

)

Figura 6.26: Ocorrência de T

157

Pecém - Período Médio das Ondas

0

24

6

810

12

Jan

eir

o

Fev

ere

iro

Ma

rço

Abril

Ma

io

Ju

nh

o

Julh

o

Ag

os

to

Sete

mbro

Ou

tubro

Nov

em

bro

Dez

em

bro

1997

Perí

od

o T

(s

)Mensal

Anual

Figura 6.27: Período Médio

Dispersão Anual de Ondas Segundo a sua Direção de

Incidência

0

20

40

60

80

100

120

140



Dir

eç

ão

Figura 6.28: Dispersão da Direção

Direção de Onda

0

10

20

30

40

N NNE NE NEE L ESE

Direção

Fre

qu

ên

cia

(%

)

Figura 6.29: Ocorrência de Direção

158

Potência em Função do Período de

Onda

0%

3%

21%

26%

14%3%

0%

4%

9%

0%

5%

5%

4%

5%

1% 0%

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19 Figura 6.30: Potência em Função de T

Dispersão Anual de Ondas Segundo a sua Potência

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45



Po

tên

cia

(K

W/m

)

Figura 6.31: Dispersão de Potência

Potência em função da direção de

Onda

0%

9%

25%

9%15%

42%

0%

0%

N

NNE

NE

NEE

E

ESSE

SE

SSE

Figura 6.32: Potência em Função da Direção

159

0

10

20

30

40

50

60

0 - 5 5 - 10 10-15 15-20 >20

Potência (KW/m)

Fre

qu

ên

cia

( %

)

Figura 6.33: Ocorrência de Potência

Pecém - Potência Média das Ondas

0

2

4

6

8

10

12

Janeiro

Fevere

iro

Març

o

Abril

Maio

Junho

Julh

o

Agosto

Sete

mbro

Outu

bro

Novem

bro

Dezem

bro

1997

Po

tên

cia

(K

W/m

)

Mensal

Anual

Figura 6.34: Potência Média

Pecém - Direção Média de Incidência das Ondas

0

20

40

60

80

100

120

Janeiro

Fevere

iro

Març

o

Abril

Maio

Junho

Julh

o

Agosto

Sete

mbro

Outu

bro

Novem

bro

Dezem

bro

1997

Dir

eç

ão

Mensal

Anual

Figura 6.35: Direção Média

160

Figura 6.36: Mapas de Clima Típico ao Longo do Ano – Porto do Pecém

Fonte: MENDES (2005)

161

6.3.3 Técnica Espectral para Análise Direcional de Ondas

A geração das ondas oceânicas é um fenômeno complexo. A ação dos ventos sobre

os corpos d’água promove oscilações no seu padrão de agitação dentro de grandes

faixas de períodos, com conseqüentes variações no comprimento e direção de

propagação das ondas (MENDES, 2005).

Já o número de sensores utilizados em uma medição de ondas normalmente é

pequeno para obtenção de uma boa resolução espacial da direção da onda. No caso

das ondas por gravidade há características variantes e distorções produzidas

relacionadas ao método de medição devido à (PARENTE, 1999):

• Resposta incorreta do sistema de medição;

• Influências do sistema de fundeio;

• Interferência da estrutura (quando os sensores são sustentados por

plataformas).

Além desses, existem fatores naturais como a mistura de mares de diferentes

direções e de ondas por correntes, por exemplo, que promovem distorções no

campo de ondas, pela dominância de uma freqüência e uma direção.

A obtenção de valores através de médias simples das técnicas convencionais pode

introduzir tendenciosidades na estimativa da direção principal da onda (vide Figura

6.35), além de impedir também a detecção de eventos marcantes ao longo do

período de registro (PARENTE, 1999). No caso do sítio de aplicação, caracterizado

por climas de ondas de dois hemisférios, esses ruídos podem ser fatais na definição

da direção de origem da onda, com implicações diretas sobre o funcionamento do

aparato de conversão em eletricidade e na sua estabilidade estrutural.

Como o objetivo de reduzir a importância relativa de situações adversas como estas

na caracterização do clima de ondas é que se utilizou uma técnica espectral para

análise direcional de ondas chamada DAAT (Directional Analysis with Adaptive

Technics), técnica de alisamento para melhorar a confiança estatística do

estimador. Essa Técnica foi desenvolvida na COPPE/UFRJ por PARENTE (1999),

utilizando plataforma MATLAB. A utilização de uma segunda técnica, focada aos

problemas de direcionalidade das ondas, torna-se apropriada para um melhor

entendimento do mar do Ceará, que está submetido ao clima de ondas de dois

hemisférios.

162

A DAAT é uma técnica do tipo tempo-freqüência para análise direcional que permite

detectar, para uma mesma faixa de freqüência, a ocorrência de ondas de diversas

direções. Para uma determinada faixa de freqüência e período de tempo (ou

conjunto de segmentos) a DAAT detecta a ocorrência de uma condição estável do

sinal e avalia a variabilidade em função do seu comportamento periódico. Avalia

ainda os momentos de estabilidade na direção da onda e permitindo visualizar os

intervalos onda ela é mais significativa. Em outras palavras, a DAAT usa um

esquema de alisamento por médias, selecionando os segmentos que vão compor

essa média, evitando que momentos de estabilidade em direção e freqüência do

registro sejam mascarados no resultado final (CARVALHO, 1998).

A DAAT admite o processo como um processo estacionário, ressaltando uma

condição estável de mar (componentes invariantes). Ao que as características

variantes (ruídos) são canceladas, ou diminuídas, reconstruindo ao final do

processo uma distribuição direcional de energia e melhorando a confiança

estatística do estimador (PARENTE, 2005).

Tirando vantagem da melhor resolução da técnica DAAT, foi realizada a mesma

análise temporal relacionando os três principais parâmetros de interesse Hs, Tp e

Dθ.

A Figura 6.38 mostra os gráficos de contorno para os dados agrupados, por estação

climática, relacionando a altura significativa de onda e o período de pico, em

termos da variabilidade temporal. Além da dependência entre estes dois

parâmetros a ilustração também revela uma considerável variação do período de

pico ao longo do ano.

Figura 6.38 confirma as ondas originadas no hemisfério norte com períodos maiores

que 9 segundos, prevalecendo sobre as ondas menores durante os meses de verão.

Durante os meses de inverno as ondas menores (locais) são dominantes. A

bimodalidade sugerida na Figura 6.37 para os meses de janeiro a junho é

confirmada pelos diagramas correspondestes na Figura 6.38, significando que

ondulações originadas de sistemas meteorológicos diferentes coexistem no estado

de mar.

163

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Tp (s)

Hs

(m

)

Janeiro-Fevereiro-Março

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Tp (s)

Hs

(m

)

Abril-Maio-Junho

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Tp (s)

Hs (

m)

Julho-Agosto-Setembro

0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Tp (s)

Hs

(m

)

Outubro-Novembro-Dezembro

Figura 6.37: Histogramas de Contorno Sazonais Hs x Tp

164

5s

10s

15s

20s

30

210

60

240

EW

120

300

150

330

S

NJaneiro-Fevereiro-Março

.

5s

10s

15s

20s

30

210

60

240

EW

120

300

150

330

S

NAbril-Maio-Junho

5s

10s

15s

20s

30

210

60

240

EW

120

300

150

330

S

NJulho-Agosto-Setembro

.

5s

10s

15s

20s

30

210

60

240

EW

120

300

150

330

S

NOutubro-Novembro-Dezembro

Figura 6.38: Histogramas de Contorno Sazonais Hs x Dp

165

Esta assertiva está de acordo com o modelo de circulação atmosférica para a zona

do Atlântico Equatorial, onde a migração sazonal da ZCIT explica os padrões de

variação de incidência dos ventos alísios. A presente análise confirma a influência

alternada de ventos sudeste e nordeste no clima de ondas no mar setentrional do

nordeste brasileiro. Com base nessa afirmação foram montados gráficos mensais,

de um ano típico, para descrever a evolução espectral de ondas em confronto com

os ventos locais. Foram utilizados dados de ventos de re-análise de um período de

40 anos do ponto mais próximo do local em razão da indisponibilidade de dados nas

coordenadas da bóia.

As Figuras 6.39 a 6.50 mostram gráficos do tipo “waterfall display” apresentando a

evolução do espectro direcional para faixa de freqüência a cada dia. Descrevem

com maior detalhamento a análise do clima de ondas no litoral do Ceará, quanto à

direção de onda.

São indicados os códigos de cores das faixas, direção da onda, escala de onda, de

vento e dias do mês. Cada linha mostra um registro. Na vertical do gráfico

aparecem os dias do mês e a potência média das ondas naquele dia. Na horizontal

têm-se as direções das ondas de 0º a 360º. Os períodos de onda são apresentados

em faixas de 2,5s a 15,6s. A altura significativa é proporcional às curvas de

distribuição coloridas. O vento local, obtido a partir de dados de re-análise, é

representado pelas barras verticais na cor branca, onde a altura é também

proporcional à sua intensidade.

No eixo vertical esquerdo estão apresentados os dias do mês em questão e no

direito a potência média diária das ondas. No eixo horizontal inferior é mostrada a

direção do vento e da onda (0º-360º). O período da onda é representado dentro de

faixas coloridas (2,5-15,6 segundos) e sua altura significativa é proporcional à

altura dos vários pequenos gráficos de distribuição que formam o gráfico geral.

São analisadas quatro faixas de freqüências, cada uma delas adequada ao tipo de

combinação de mares que ocorrem no sítio de medição. A faixa 1 corresponde a

ondulação distante gerada em latitudes mais altas no hemisfério norte. A faixa 2 é

uma faixa intermediária que pode representar ondulação gerada não tão distante

como também um mar local com vento muito forte. A faixa 3 está associada ao mar

local e a faixa 4 associada a um mar quasi-local, gerado não muito longe da bóia de

medição, porém não é local (CARVALHO, 1998).

166

O mar do Ceará tem duas situações de ondulações marcantes, uma de máximo e

outra de mínimo, que podem ser representadas pelos gráficos de evolução

espectral dos meses de janeiro e agosto, respectivamente. Os outros meses são

períodos de transição e evolução climática para entre estes ápices (RICARTE et al.).

Basicamente a costa do Ceará tem permanentemente um clima de ondas de mar

local como aquele indicado na Figura 6.47 para o mês de agosto, quando os ventos

locais prevalecem, com a ZCIT na sua posição mais ao norte. Gradualmente são

introduzidas na região ondas de longos períodos formadas em zonas distantes no

hemisfério norte, à medida que se aproxima das estações climáticas mais frias

naquela região. A ZCIT encontra-se na sua posição mais ao sul em relação ao

hemisfério norte, permitindo a entrada de swell de nordeste na costa. Após o auge

do inverno, Figura 6.40, sua influência vai diminuindo na mesma proporção de

aproximação das estações mais aquecidas.

A partir da Figura 6.39 é possível identificar algumas situações bastante comuns na

região durante o verão do hemisfério sul. Percebe-se a ocorrência de ondulações de

grandes períodos de direção NNE. Simultaneamente ocorrem ondulações de mar

local ou quase-local (aquele gerado em uma região próxima, mas que deixou sua

zona de geração em direção à bóia), respondendo à direção de ventos

predominantemente de leste, diferente da direção do swell. Pela Figura 6.49 pode-

se verificar no mês de agosto a existência de praticamente um mar tipicamente

gerado por ventos locais. São os dois períodos marcantes na região.

Em resumo, as Figuras 6.39 a 6.51 apresentam, para cada estado de mar, os

valores de ocorrência das principais características de onda ao longo das estações

climáticas. Assim, podem-se identificar as situações que apresentam maior

recorrência ao longo de cada época do ano e quais características são mais

prováveis de serem encontradas em determinada ocasião. Apesar de algumas

poucas variações diárias é visto um padrão de direção, podendo optar-se pela

exclusão desses valores excepcionais na composição das médias de modo que não

venham modificar os valores médios dos parâmetros de grande contribuição para

quantificação da energia das ondas.

167

1 12.72 7.07

3 7.34 8.125 14.16 22.67 14

8 6.729 7.99

10 16.711 7.8812 5.74

13 5.3514 6.2215 9.4716 10.7

17 8.8518 1019 6.5220 5.3621 5.01

22 4.8423 5.8524 8.9225 9.526 7.81

27 8.9528 8.6429 18.730 9.3231 9.57

31033035010 30 50 70 90 110130150170190210230250270290NW N NE E SE S SW W direção verdadeira em graus - onda e vento

dia

do

mê

s

kW

/m

15.6 a 9.4 9.4 a 5.6 5.6 a 4.0 4.2 a 2.5 faixas de periodos em segundos

ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -jan/01

1 8.742 6.63

3 6.944 6.525 6.656 6.217 8.4

8 6.919 21.2

10 29.111 1612 11.9

13 7.5314 8.6915 9.5616 7.74

17 1218 7.1119 8.1820 4.1921 4

22 5.3623 3.624 4.8525 5.126 8.41

27 4.7928 3.3293031


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -fev/01

Figura 6.39: Espectro Direcional de Ondas – Janeiro de 2001 Figura 6.40: Espectro Direcional de Ondas – Fevereiro de 2001

168

1 16.22 24.5

3 14.44 10.35 16.36 8.757 7.62

8 6.039 9.36

10 10.211 13.812 14.2

13 6.4814 5.2515 5.1216 7.65

17 6.3318 5.4819 5.6720 4.2321 4.61

22 5.423 4.4324 3.825 10.126 16.3

27 14.228 10.529 5.2230 5.8731 5.13


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -mar/01

1 5.382 5.41

3 5.034 5.525 8.136 8.977 6.64

8 5.659 6.23

10 5.3911 4.0512 5.92

13 8.6314 6.415 4.4316

17 2.1718 2.5119 3.7220 3.421 4.46

2223 8.5124 8.7325 7.7626 8.04

27 6.7228 3.929 3.8430 4.8231


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -abr/01

Figura 6.41: Espectro Direcional de Ondas – Março de 2001 Figura 6.42: Espectro Direcional de Ondas – Abril de 2001

169

1 5.762 4.61

3 5.964 7.135 4.886 5.447 5.09

8 4.799 4.1

1011 4.512 6.19

13 714 7.4715 6.7916 7.59

17 4.3918 2.8219 2.7920 1.9921 3.13

22 3.6823 5.5424 6.8825 2.9326 2.74

27 2.1128 7.3529 7.7930 2.9631 3.06


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -mai/01

1 3.082 2.96

3 3.444 3.035 5.836 3.067 4.09

8 8.529 4.36

10 4.2511 4.1912 5.87

13 3.8814 4.2615 4.9716 4.26

17 4.0918 3.9919 4.7920 4.9721 3.8

22 9.7523 3.824 2.9125 3.6626 4.13

27 3.8128 3.1629 4.8330 5.5431


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -jun/01

Figura 6.43: Espectro Direcional de Ondas – Maio de 2001 Figura 6.44: Espectro Direcional de Ondas – Junho de 2001

170

1 3.122 4.59

3 8.244 4.485 5.626 7.887 7.5

8 7.919 8.91

101112 6.31

13 5.4214 9.2915 8.0216 6.99

17 8.618 4.6219 5.0220 4.1221 5.87

22 5.223 6.0624 8.3425 7.4626 44.4

2728 5.1629 6.1730 8.5231 10.1


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -jul/01

1 9.482 8.69

3 7.914 4.965 6.556 107 6.05

8 9.399 8.21

10 7.411 7.6212 7.66

13 9.8414 8.5115 7.9716 7.21

17 11.718 10.219 1620 8.421 7.34

22 8.6623 6.5624 9.552526

2728293031


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -ago/01

Figura 6.45: Espectro Direcional de Ondas – Julho de 2001 Figura 6.46: Espectro Direcional de Ondas – Agosto de 2001

171

1 7.162 9.39

3 8.344 8.825 10.96 9.237 6.91

8 7.189 9

10 8.6111 6.9712 5.26

13 3.4314 5.9415 5.3616 4.71

17 3.2918 3.2419 8.222021

22 8.9323 9.8424 9.082526

2728 7.8229 7.693031


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -set/01

12 5.51

3 5.664 3.75 3.566 7.927 6.59

8 3.399 4.4

1011 6.5412 6.96

13 4.9214 3.5315 3.7416 4.89

17 6.2918 6.5219 6.4520 8.1921 7.81

22 11.323 13.124 12.825 10.326

27 2.9228 3.9329 6.1830 7.1531 8.46


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -out/01

Figura 6.47: Espectro Direcional de Ondas – Setembro de 2001 Figura 6.48: Espectro Direcional de Ondas – Outubro de 2001

172

1 6.932 7.15

3 5.554 6.495 8.676 9.837

8 9.39 5.64

10 5.5311 7.1912 16

13 8.8214 15.61516

17 21.418 26.419 19.420 17.421 10.5

22 7.7723 9.1224 60.525 8.1926 7.13

27 18.128293031 8.66


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -dez/01

1 7.322 6.29

3 7.174 5.865 4.576 4.587 5.93

8 4.999 4.42

1011 5.4412 6.55

13 10.214 515 5.3116 6.17

1718 6.1119 9.3620 8.3921

2223 6.7724 11.925 6.1826 7.32

27 8.1928 8.2429 6.2230 5.3731


dia

do

mê

s

kW

/m


ESPECTRO DIRECIONAL DE ONDAS- PECEM -nov/01

Figura 6.49: Espectro Direcional de Ondas – Novembro de 2001 Figura 6.50: Espectro Direcional de Ondas – Dezembro de 2001

173

7 Aspectos Econômicos da Energia das Ondas

A eletricidade é o resultado de uma série de processos desde a extração de energia

primária, processamento e conversão em eletricidade, transmissão e distribuição ao

usuário final.

As decisões de investimento em tecnologia do ponto de vista privado e público são

completamente diferentes. As empresas privadas certamente procuram altas taxas

de retorno, uma rápida recuperação do capital, além de minimização do risco para

seus investimentos. Não menos importante, o ambiente político-econômico também

influencia bastante, o sistema administrativo do país, a robustez econômica, mão-

de-obra qualificada e indústrias de suporte. Tudo isto se resume em tecnologias de

fácil e rápida construção, baixo risco tecnológico e baixos custos de operação e

manutenção (SCHAEFFER et al., 1999). O lucro não é objetivo principal de um

empreendimento público, mas outros interesses que vão desde o atendimento

constitucional da infra-estrutura de energia às populações até a criação de

impulsionadores do desenvolvimento.

A Tabela 7.1 apresenta uma composição atual dos custos do modelo de usina de

ondas desenvolvido pelo LTS/COPPE em função dos principais componentes do

aparato, para uma fazenda composta de 20 módulos, responsáveis por uma

produção de 1MW de potência instalada.

Tabela 7.1: Composição atual dos Custos de uma Usina de Energia das Ondas

Componente

Quantidade

Preço Unitário

(R$)

Preço Total

(R$)

Percentual

(%)

Grupo Motor-Gerador 1 250.000,00 250.000,00 4,1

Câmara Hiperbárica 1 150.000,00 150.000,00 2,5

Conjunto de Tubulações 1 25.000,00 25.000,00 0,4

Bomba Hidráulica 20 50.000,00 1.000.000.00 16,6

Braço Metálico Treliçado 20 60.000,00 1.200.000,00 19,9

Flutuador de Concreto 20 20.000,00 400.000,00 6,6

Base de Fixação no Mar 20 150.000,00 3.000.000,00 49,8

Total 705.000,00 6.025.000,00 100

Atenção especial deve ser dada aos custos da base de fixação da usina que

respondem por 50% dos investimentos. Trata-se de valores arbitrados, com base

em engenharia, resultado da indefinição do sítio de implantação. Essa incerteza

penaliza severamente os cálculos de geração de energia elétrica por ondas

174

oceânicas. O segundo item de maior custo são os braços metálicos (19,9%) e o

terceiro, com valor percentual não muito distante, é o conjunto hidráulico formado

pelas bombas, câmaras pneumáticas e tubulações (19,5%).

O gráfico da figura 7.1 ilustra como se processa a evolução do custo de geração de

uma tecnologia em desenvolvimento como é o caso da energia das ondas.

Custo

Tempo

Figura 7.1: Evolução do Custo de Geração da Usina Fonte: (THORPE, T., 1999)

No estágio 1 inicial uma idéia primária é apresentada com suas promessas e

respectiva previsão de custo. No estágio 2 a idéia passa pelas primeiras

investigações, certos problemas são identificados e os custos atingem novos

patamares. O estágio 3 representa a concepção totalmente desenvolvida, com

inclusão dos custos de solução dos problemas apresentados anteriormente,

elevando os custos aos patamares mais altos. Esta evolução obriga a uma mudança

radical e/ou novas considerações, ilustradas pelo estágio 4. No estágio 5 as

mudanças levam a uma redução nos custos. No estágio 6 um novo projeto é

adotado em função das modificações sugeridas para a redução de custo. Deste

ponto reinicia-se a escalada do estágio 2, e assim por diante, de uma forma cíclica,

até este alcançar o ponto de equilíbrio aceitável.

Com base nesta informação e naquelas dispostas na descrição das tecnologias

apresentadas no Capítulo 2, a Tabela 7.2 apresenta a comparação de custos de

investimentos em plantas de geração de eletricidade para as principais opções

175

disponíveis no país, incluindo a energia das ondas. O custo de manutenção da usina

de ondas foi atribuído com base no mesmo valor apontado para as energias eólica e

solar, considerando o valor mais alto por tratar-se de atividade no mar.

Tabela 7.2: Custo Comparativo de Geração de Vetores Energéticos no Brasil (US$)

Fonte de Energia Hidro Termo cc Eólica Ondas Biomassa Nuclear Solar

Fator de Capacidade (%) 55 55 30 55 55 55 17

Custo da Planta (US$/KW) 1.000,00 1.300,00 1.400,00 2.820,00 2.000,00 3.100,00 5.000,00

Custo de O&M (US$/MWh) 6,00 6,00 10,00 10,00 6,00 10,00

Custo de Combustível (US$/MWh) 0,00 18,22 0,00 0,00 40,00 0,00 0,00

Custo de Investimento (US$/MWh) 33,16 43,11 85,11 93,51 66,32 102,79 536,40

Custo de Geração (US$/MWh) 39,16 67,33 95,11 103,51 106,32 108,79 546,40

7.1 Fator de Capacidade Anual (FCA)

É a relação entre a carga própria anual de energia de um sistema e a capacidade

instalada da planta. Tomando o gráfico de comportamento de potência das ondas

ao longo do ano, da Figura 6.30, teremos o FCA como sendo a razão da área sob o

gráfico por aquela do retângulo de mesma base e altura igual ao pico máximo de

potência observado.

A costa brasileira apresenta uma regularidade de ondas que reflete em um alto FC

A do recurso. Em termos gerais pode ser caracterizado no intervalo de 45% a 75%,

no sentido sul-norte do seu litoral, com uma média nacional em torno de 58%. Para

efeito de comparação dos vetores em uma mesma base de FCA utilizou-se 55%,

igualando às energias hidrelétrica, termelétrica, nuclear e biomassa.

Especificamente para o sítio de energia das ondas no Porto do Pecém foi

encontrado um FCA = 0,7, ou seja 70%, que será utilizado na comparação regional

no item 7.3.

7.2 Custo de Geração

O custo de geração de uma fonte energética é o custo de produção da energia

elétrica. É composto do custo da planta, ou custo do investimento e dos custos de

operação / manutenção da usina e, se for o caso, do combustível necessário ao seu

funcionamento.

176

Assim, a comparação dos custos da planta, isoladamente, entre as diversas fontes,

pode levar as conclusões equivocadas, por não levar em conta as diferenças entre

os fatores de capacidade dos geradores, o custo de combustível, custo de O&M, etc.

Na Tabela 7.1 foram calculados os custos de geração com a consideração desses

parâmetros.

7.2.1 Custo de Investimento

Custo de investimento diz respeito aos custos globais de implantação, impostos,

seguros e remuneração do capital empregado. Este último é calculado com base em

uma taxa de retorno para o capital durante o tempo estipulado para recuperação do

investimento (JANNUZZI & SWISHER, 1997).

A Eletrobrás estabelece um período de 50 anos como tempo de vida útil para

aproveitamento hidrelétrico. Ao mesmo tempo outorga concessões, por licitação

pública, para períodos mínimos de 35 anos (ELETROBRÁS, 1999). As termelétricas

estimam sua vida útil em torno de 25 anos e os projetos de energias renováveis,

fotovoltaicas e eólicas, contabilizam vida útil de 20 (CEPEL) e 30 anos. Assim, a

comparação será realizada utilizando o menor prazo para amortização do

investimento, mais atrativo do ponto de vista do investidor privado.

Quanto às taxas de retorno, o real valor a ser utilizado, depende do custo de

oportunidade do capital, na situação de mercado de capitais em equilíbrio. Sua

influência é tamanha que pode condicionar o processo decisório de avaliação de

investimento por completo. O valor de referência tradicional no setor elétrico

brasileiro é de 10% a.a., mas diante da impossibilidade de sua utilização,

recomenda-se a taxa de 12% a.a. (ELETROBRÁS, 1999). Já as termelétricas e

energias renováveis, utilizam taxas de 15% a.a. (CEPEL). Desta forma a

comparação mostrará este mesmo valor pelas razões expostas no parágrafo

anterior.

A Tabela 7.1 apresenta, para as diferentes fontes de energia, valores para o

investimento feito, com taxa de retorno de 15%, e prazo de recuperação em 20

anos. O investimento do ponto de vista público onera menos o capital, com reflexos

diretos no custo de geração onde, obviamente, seriam outros valores de geração.

Os cálculos foram realizados utilizando-se a equação 7.1:

177

FCAi

iiKWCpMWhCi

n

n

*8760

1000*1)1(

)1(*)/($)/($ −+

+

= (7.1)

onde:

Ci = Custo de Investimento em MWh;

Cp = Custo da Planta por KW Instalado;

FCA = Fator de Capacidade Anual da Fonte;

i = Taxa de Retorno do Investimento;

n = Tempo para Recuperação do Capital;

8760 = número de horas no ano.

7.2.2 Custo de Operação e Manutenção (O&M)

Diz respeito aos custos próprios de operação e manutenção da usina. É um custo

que varia, em média, de US$ 2 a US$ 10 por MWh e tem influência minimizada no

custo do projeto, podendo, no máximo, representar uma diferença de

aproximadamente 11% entre projetos com demais custos idênticos (JANNUZZI &

SWISHER, 1997). Essa categoria de custos apresenta valores mais altos para o

caso das fontes renováveis de energia, notadamente eólica e solar, uma média de

US$ 10/MWh (CEPEL).

7.2.3 Custo de Combustível

São estes custos que mais penalizam as termelétricas, pois têm que competir com

custos de combustíveis nulos das hidrelétricas e outras renováveis. Não são valores

uniformes para diferentes usinas termelétricas já que envolve o tipo, a distância e o

custo do transporte de combustível.

7.3 Comparação Regional

O Atlas do Potencial Eólico do Ceará (AMARANTE, 2001) apresenta uma

extrapolação/interpolação das médias anuais de vento em resolução 500 x 500m.

Estes resultados foram utilizados na elaboração de informações, em termos

quantitativos, do potencial eólico efetivamente aproveitável por usinas eólica no

mercado em 2001. A Tabela 7.3 mostra os respectivos FCA para o aproveitamento

178

dos ventos para seis valores de velocidade distintos, em alturas de 50 e 70m, e a

energia elétrica passível de produção ao longo do ano.

Tabela 7.3: Comparação de Geração Ondas x Eólica Fonte: A partir do Atlas Eólico do Ceará

Eólica Torres de 50 m de Altura

Velocidades de Ventos Local V(m/s) 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

Fator de Carga Anual - FCA (%) 15% 18% 24% 28% 32% 35%

Potência Instalável (GW) 94,5 33,2 5,8 2,2 1,16 0,41

Investimento US$ (Milhões) 132,30 46,48 8,12 3,08 1,62 0,57

Produção Anual Passível - Eólica (TWh) 124,17 52,35 12,19 5,40 3,25 1,26

Produção Anual Equivalente Ondas (TWh) 147,50 51,82 9,05 3,43 1,81 0,64

Eólica Torres de 70 m de Altura

Velocidades de Ventos Local V(m/s) 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5

Fator de Carga Anual - FCA (%) 17% 20% 24% 30% 35% 38%

Potência Instalável (GW) 155,6 76,7 24,9 4,9 2 1

Investimento US$ (Milhões) 217,84 107,38 34,86 6,86 2,80 1,40

Produção Anual Passível - Eólica (TWh) 231,72 134,38 52,35 12,88 6,13 3,33

Produção Anual Equivalente Ondas (TWh) 242,87 119,72 38,87 7,65 3,12 1,56

Com o valor do custo de investimento relativo à energia eólica mostrado na Tabela

7.2, e para os diferentes fatores de capacidade fornecidos pelo Atlas Eólico do

Ceará, foi calculado o aporte financeiro necessário para a implantação de parques

fictícios para aproveitamento desse potencial. A partir das informações da Tabela

7.3 podemos concluir que cerca de 60% dos sítios eólicos exploráveis no estado

apresenta velocidades médias de vento da ordem de apenas 6m/s, para torres de

50 e 70 m, o que corresponde a Fatores de Capacidade entre 15-17%.

De posse desse montante foi calculada a produção anual de energia elétrica caso

esse investimento fosse realizado em energia das ondas. Os resultados mostram

uma produção anual maior a partir das ondas, do que a partir dos ventos com

velocidade de 6m/s, para ambas as alturas. Para uma velocidade dos ventos de 6,5

m/s, em torres de 50 m, a produção anual é da mesma ordem de grandeza. Nos

179

demais casos o investimento em energia eólica seria mais vantajoso, porém trata-

se de um potencial eólico consideravelmente menor.

Note-se que esta comparação utiliza custos de investimentos nos atuais estágios

das tecnologias, situação desvantajosa para a energia das ondas, que se encontra

em estágio embrionário na atual fase de construção do primeiro protótipo nacional.

Mesmo não usufruindo do ganho de escala, o investimento nesse vetor se torna

atrativo para uma determinada faixa de mercado.

Como visto na Tabela 7.3 os ventos predominantes no Estado do Ceará são da

ordem de 6m/s. Esse potencial é praticamente 2/3 (dois terços) do potencial eólico

do estado. A Figura 7.2 traça a curva dos custos de geração eólica em função dos

vários Fatores de Capacidade apontados pelo Atlas Eólico do Ceará (AMARANTE,

2001).

0

25

50

75

100

125

150

175

200

15 17 18 24 28 30 35 38

Eólica - FCA (%)

Cu

sto

de G

era

ção

(U

S$

/M

Wh

)

Figura 7.2: Gráfico de Custo de Geração de Energia Eólica no Ceará x FCA

Para velocidades de ventos que representem Fatores de Capacidade de até

17,37%, tanto para torres de 50 como de 70 m, a energia das ondas se mostra

mais vantajosa, ainda sem dispor do seu modelo comercial. O custo de geração

para as ondas é da ordem de US$ 153,50/MWh. A energia das ondas se beneficia

de seu alto Fator de Capacidade de 70% neste sítio, especificamente.

180

8 Conclusões

• A região litorânea brasileira sofre forte influência da célula de Hadley. O

anticiclone subtropical do Atlântico Sul gera ventos de quadrante sudeste e

leste ao longo do ano inteiro, sendo responsável pelas condições

meteorológicas mais freqüentes. Os ventos alíseos, formados a partir da

contribuição de uma vasta área de oceano sobre superfície plana, livre de

obstáculos, proporcionam uma particularidade na sua intensidade,

constância e turbulência relativamente baixa;

• As ondas na costa setentrional do nordeste brasileiro estão sujeitas

sazonalmente ao clima de ondas dos hemisférios norte e sul, conferindo-lhe

uma incidência de ondas de 0° a 120°. As alturas significativas ocorrem

quase que na totalidade acima de 1m e altura média anual da ordem de

1,4m. O período de ondas varia de 5 a 18 segundos e têm média anual de

7,8s. As potências médias mensais das ondas variam de 6 a 11 KW/m, com

uma potência média anual da ordem de 7,7 KW/m, conferindo ao litoral

cearense recursos energéticos das ondas da ordem de 4,41 GW;

• As experiências pregressas da indústria marítima a cerca do impacto

ambiental deixam confiança favorável na implantação de usinas de ondas.

Entretanto somente estudos de monitoramento ambiental específicos,

prévios e posteriores à implantação, poderão inferir sobre a influência na

fauna e flora;

• Não existe até o momento quadro legal definido para a energia das ondas,

apontando como problema em potencial para sua exploração em larga

escala. Há necessidade de iniciativas de regulamentação na área. O Brasil

tem experiência consolidada em atividades offshore, podendo ser um

diferencial no caminho da formulação pioneira de uma legislação própria;

• A seleção de sítios marinhos é um processo delicado para quase todos os

projetos de engenharia costeira. Há um grande número de fatores

envolvidos no seu processo de avaliação e escolha. Os fatores mais

importantes são os meteorológicos, geológicos e geotécnicos marinhos e os

de impactos ambientais;

181

• Os altos Fatores de Carga Anuais fazem da energia das ondas opção atrativa

do ponto de vista econômico e ambiental, embora necessitando ainda a

busca contínua pela diminuição de custos dos seus componentes para lhe

conferir uma posição consolidada no mercado;

• Em um contexto de ameaça de extinção dos combustíveis fósseis, limitação

no uso de determinadas fontes e de demanda desproporcionalmente

crescente, a energia das ondas do mar, a exemplo de outras fontes

renováveis, desempenha papel fundamental para recomposição da matriz

energética;

• A maioria dos projetos internacionais de desenvolvimento associado à

energia das ondas é carreada por empresas privadas, em associação com

órgãos governamentais, e muitas de suas informações têm caráter

estratégico e sigiloso. A reunião de uma vasta literatura aplicável à energia

das ondas, bem como sua aplicação ao contexto brasileiro, caracteriza uma

importante contribuição na área.

182

9 Considerações Finais e Recomendações

O cenário energético mundial, com a ameaça de extinção dos combustíveis fósseis

(petróleo e gás) perderá mais de 50% na sua matriz de oferta até o final deste

século. De forma oposta, as projeções para a demanda por energia indicam sua

duplicação dentro dos próximos 25 anos. Esse quadro se agrava pelo

posicionamento da sociedade hodierna na escolha em favor, no seu entendimento,

do meio ambiente em detrimento da utilização de determinadas fontes de energia.

As fontes renováveis desempenham papel fundamental como parte da solução

dessas incertezas.

Com relação à regulamentação das energias renováveis do mar não existe exemplo

de um quadro legal. No máximo são encontradas considerações gerais, e ainda

assim sob avaliação, acerca de projetos de energia renováveis onshore, nearshore

e offshore, em especial para energia eólica. Nos países com protótipos de aparatos

de energia das ondas em teste o que se encontra é uma flexibilidade legal

conseguida através de boa vontade política.

Assim, levando em consideração o planejamento de normas e regulamentações

federais o quadro legal está longe de ser completamente claro, podendo surgir

como uma barreira para o desenvolvimento das energias renováveis do mar em

larga escala. O Brasil apresenta a vantagem de possuir experiência em atividades

no mar, pela produção de petróleo offshore, há mais de 30 anos, podendo ser um

diferencial no caminho da formulação de uma legislação aplicável.

Contudo, ainda carece da criação de um arcabouço institucional e legal para a

produção de energias renováveis no Brasil, onde se viabilize a sua utilização em

larga escala, com redução das incertezas que as envolvem, em especial a energia

das ondas. Não se trata de uma proteção das energias renováveis, através de

reserva de mercado, mas sim da garantia de diversificação da matriz energética

nacional pela flexibilização à entrada de novas tecnologias.

Certamente que a inexistência de modelos em operação no país resulta em um

peso político relativamente baixo dos vetores energéticos do mar. É pouco provável

que a energia das ondas venha a receber maiores incentivos públicos e políticos

antes de se estabelecer como tecnologia de energia renovável através do

desenvolvimento de um número mínimo de plantas comerciais.

183

A seleção de sítios marinhos é essencial para quase todos os projetos de

engenharia costeira. O processo de localização pode ser simples ou complexo,

barato ou muito caro. A seleção de um sítio pode utilizar somente dados existentes

ou envolver levantamentos de campo. Os dois processos de avaliação e seleção de

sítios são controlados pela estrutura ou controlados pelo sítio. No primeiro método

a estrutura controla a escolha do sítio; no segundo método o sítio controla o

desenho da estrutura. Geralmente, ambos os métodos sofrerão uma combinação.

Há um grande número de fatores que podem ser considerados no processo de

avaliação e seleção de sítios. Os mais importantes deles são os fatores

meteorológicos, impactos ambientais e os fatores geológicos e geotécnicos do leito

marinho.

Com relação aos estudos de monitoramento ambiental há a necessidade de estudos

específicos, prévios e posteriores à implantação, de ruídos, campos magnéticos

sobre mamíferos e impactos visuais, conduzidos por pessoal em escala de tempo

apropriada. Obviamente que áreas específicas de proteção aos mamíferos marinhos

deverão ser evitadas. A duração e quantidade das emissões de ruído deverão ser

frutos de planejamento, visando à minimização desses efeitos durante a construção

e operação da usina.

Concernente aos possíveis conflitos de interesses, estes estão restritos às áreas

que podem tornar-se bem conhecidas na fase de planejamento. Assim, os conflitos

mais severos que podem embargar um projeto são, teoricamente, evitáveis

mediante um planejamento transparente e cuidadoso.

Impasses com pescadores são possíveis de ocorrer, mas a exemplo de outras

construções marítimas, estes impasses podem ser solucionados com acordos entre

as partes. Uma solução factível seria o desenvolvimento da usina com a idéia

conjunta de recifes artificiais. Outra forma de compensação seria o direcionamento

de parte da energia para os pescadores, suas atividades e residências, ou a

conexão à rede com compensações que impliquem em benefício econômicos e

sociais para a comunidade local.

Os riscos de colisão de navios podem ser cuidadosamente considerados na fase de

planejamento do projeto. Contudo a instalação de sinalização adequada para

melhoria da visibilidade no desenvolvimento de concepções em águas rasas já

184

diminui bastante os riscos de acidentes. Relativo aos projetos offshore, o risco

associado é indefinido, mas a experiência da indústria do petróleo pode ser de

grande relevância na formulação de estudos de análise de risco.

Tendo em vista a variedade de concepções e aparatos de conversão de energia das

ondas, pode-se dizer que há sempre como optar por um modelo cujos impactos

sejam menos ofensivos a um dado sítio. Essa característica diversa difere a energia

das ondas da energia eólica, e outras energias renováveis, que recorrem sempre à

mesma concepção de aproveitamento.

O presente trabalho teve como contribuição relevante a análise do clima de ondas

no litoral cearense de longo prazo, onde o primeiro protótipo de usina de energia de

ondas será instalado no Porto do Pecém, a 60 km da cidade de Fortaleza. Para

caracterização das ondas foram utilizados os dados da campanha de medição

realizada para a construção do porto e seu posterior monitoramento. Dentro das

limitações e objetivos das técnicas empregadas foi possível obter informações sobre

os estados de mar que afetam a costa. Na busca de justificativas para os

fenômenos ali presentes realizou-se uma recapitulação dos principais conceitos de

circulação atmosférica e como elas ocorrem na costa brasileira, já que os

fenômenos meteorológicos não podem ser analisados de forma isolada.

A costa setentrional do nordeste brasileiro pode ser considerada como uma área

calma, já que não está afetada por nenhum sistema climático capaz de gerar

tormentas de grandes magnitudes. O maior sistema meteorológico presente no

Brasil é o Anticiclone do Atlântico do Sul, com características estacionárias, pois

atua de forma quase permanente e é o responsável pela formação de frentes frias

que se deslocam em direção ao norte.

O clima de ondas na região, considerando todas as direções e estações climáticas,

apresenta ondas do tipo vaga (sea) com alturas entre 1m e 2m na maior parte do

ano. Altura significativa de onda histórica registrada foi de 4m. Os períodos de

propagação predominantes são de 5 a 9 segundos. Há ainda o aparecimento

sazonal de algumas ondas do tipo swell.

O potencial energético das ondas na costa brasileira, de uma maneira generalizada,

poderia ser considerado decrescente à medida que se dirige do sul ao norte do país.

Quanto à regularidade dessa potência ao longo do ano, fator importante na geração

185

de eletricidade, quanto mais próximo do equador a onda se apresenta de forma

mais regular e maiores variações à medida que se aproxima do sul do país.

A localização do estado do Ceará o submete sazonalmente a climas de ondas

característicos de ambos os hemisférios e da ZCIT. Em alguns períodos do ano é

gerado predominantemente pelo Anticiclone do Atlântico Sul, com direção principal

ESE. Em outras épocas do ano gerado predominantemente pelo Anticiclone do

Atlântico Norte, com direções NNE-ENE, período este em que é observada a

existência de swell. Nos períodos de transição da influência de cada um dos

sistemas acima mencionados, encontramos situações características da ZCIT,

estações em que se revelam os menores valores para os fatores que caracterizam

as ondas.

A DAAT permitiu uma avaliação bastante precisa da evolução do clima de ondas no

litoral setentrional do nordeste brasileiro, comprovando a evolução sazonal das

ondas através da visualização dos gráficos PLEDS (Plotting the Evolution of the

Directional Spectrum). Esta proposta de classificação mostrou-se abrangente

revelando desde situações comuns até aquelas de ocorrência mais rara. Os

resultados são satisfatórios e contribuem para um melhor conhecimento do clima

de ondas na região. Esta ferramenta de análise pode ser aplicada em outras regiões

que possuam disponibilidade de dados.

Relativo à tecnologia de energia das ondas, dentro do conjunto de simplificações

adotado, os resultados encontrados revelam o aproveitamento da energia das

ondas como um enorme potencial energético, mostrando o Brasil com uma vocação

natural para sua produção.

Em um contexto de recursos financeiros escassos, especialmente para investimento

em projeto de grande custo e fortes impactos ambientais, a Usina de Ondas surge

como fonte de menor interferência no meio físico, biológico e antrópico. Conta com

a simpatia dos maiores defensores da energia verde no planeta e pode projetar o

país no cenário internacional do ponto de vista de liderança técnico-científica, e de

preservação ambiental. Apresenta-se tecnicamente com menores prazos de

implantação e faz-se instrumento precioso no planejamento energético do país ante

seus interesses.

186

Recomendações para Estudos Futuros

• A redução do custo deve ser perseguida através de substituição de materiais

e subsistemas mais onerosos assim como a definição de uma base de

sustentação definitiva e genérica.

• A base de fixação apresenta-se como o componente de maior custo. A

definição de uma estrutura de modelo único e genérico para todos os

cenários se torna mandatória.

• O subsistema hidráulico responde pelo segundo maior custo. Substituição

por subsistema elétrico deveria ser simulada, bem como a contínua busca

por novos materiais.

• O ganho na eficiência do aparato terá resposta imediata no custo da energia

gerada. Assim, cabe a experimentação hidrodinâmica de outras geometrias

para o flutuador, com vistas a maior captação das ondas.

• Montagem de cenários de produção elétrica e conexão no grid, bem como

definição de circuito eletro-eletrônico para a energia das ondas.

• Por tratar-se de atividade no mar, são importantes estudos de automação,

controle e monitoramento remoto, bem como o planejamento de

contingências.

• Estudos de proposição de base legal que garantam utilização dos mares

como fonte energética.

• Estudos sobre o clima de ondas na costa brasileira para substituição de

estimativas por dados reais de suas características e potenciais

aproveitáveis.

• Estudos numéricos de extrapolação do clima de ondas para regiões sem

histórico de registros.

• Estudos de interação água e solo para avaliação das perdas energéticas

diante dos principais aspectos climáticos e geofísicos da costa brasileira.

187

• Criação de plataforma de suporte para tomada de decisões de alocação que

permita a superposição de informações importantes (clima, logística, sítios

possíveis, etc.) em uma única tela.

188

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VIII CONGRESSO BRASILEIRO DE DEFESA DO MEIO AMBIENTE

Rio de Janeiro, 20, 21 e 22 de junho de 2005 Clube de Engenharia, UFRJ e CREA-RJ

Princípios para Implantação da Usina Piloto

de Energia das Ondas e suas Aplicações Eliab Ricarte, Marcelo Martins Pinheiro, Paulo Roberto da Costa & Segen Estefen

Laboratório de Tecnologia Submarina - www.lts.coppe.ufrj.br Programa de Engenharia Oceânica / COPPE / UFRJ

(telefax: 21-2562 7789), [email protected]

EMENTA

São abordados os principais aspectos da Energia Renovável das Ondas do Mar, suas

concepções e o modelo brasileiro de exploração deste recurso. A usina piloto do Porto

do Pecém é evidenciada, os parâmetros de sua escolha e possíveis aplicações do seu uso

RESUMO

O trabalho discute os principais aspectos da exploração das ondas do mar como vetor

energético, mostrando a caracterização do recurso e, de forma sucinta, o potencial

contido nos oceanos, em especial seu comportamento na costa brasileira. Aborda ainda

os principais sistemas atmosféricos responsáveis pelo clima de ondas que afeta o nosso

litoral. Fatores como altura significativa de ondas e período de propagação são

evidenciados como os mais importantes no cálculo da potência contida em uma onda.

Atribui a eventos recentes, como a escassez de energia e o surgimento de áreas de

pesquisa como a engenharia oceânica, acontecimentos decisivos para o alcance do atual

estágio de maturidade tecnológica. É feito um levantamento dos principais conceitos de

conversão das ondas em eletricidade segundo seu princípio de funcionamento e país de

origem, em destaque o modelo brasileiro desenvolvido na COPPE/UFRJ, e dá

informações sobre a implantação do protótipo no estado do Ceará em andamento. Por

fim, o artigo dedica-se às possíveis aplicações desse vetor oceânico em um país

tipicamente litorâneo como o Brasil, com relevância à sua flexibilidade e ao alcance de

seu atendimento como os principais benefícios desse desenvolvimento e inovação

tecnológica.

1 INTRODUÇÃO

A energia contida nos mares já é conhecida há muitas gerações e até algumas tentativas

de aproveitamento do recurso foram esboçadas. Contudo a conversão em eletricidade de

forma mais confiável só se tornou possível devido a eventos recentes, como as crises

energéticas dos anos setenta, que motivaram a procura pelo desenvolvimento de fontes

alternativas e renováveis de energia, possíveis somente com o avanço da ciência sobre o

conhecimento dos oceanos, evolução das ferramentas de informática soft e hardware,

etc.

Sendo os oceanos dois terços da superfície do planeta, portanto mais abundante que o

próprio solo firme, seu potencial energético é superior ao atual consumo mundial de

energia.

A exploração da energia das ondas, e sua contínua pesquisa, é uma realidade em vários

países, especialmente naqueles onde as matrizes energéticas não são tão favoráveis.

Aqueles países com situações energéticas mais favoráveis, por razões óbvias, são mais

arraigados a suas energias tradicionais e, dependendo da visão de seus planejadores,

podem simplesmente continuar indiferentes.

2 O RECURSO ENERGÉTICO DAS ONDAS OCEÂNICAS

Uma onda gerada pelo vento (Onda de Gravidade) pode ser definida por uma altura, um

período e uma direção, conforme diagrama da figura 1.

Figura 1: Características de uma Onda

Fonte: Franco, L. A.

Em pequenas profundidades, as ondas sofrem transformações devido à interferência do

fundo do mar. Esses efeitos aumentam com a diminuição da profundidade e a

irregularidade do fundo. Em águas profundas, a potência por unidade de comprimento

da frente de onda (kw/m), é estimada pela Equação 1 abaixo:

es THmkWP 249,0)/( = (1)

onde sH (m) é a altura significativa de onda e eT (s) o período da onda. A figura 2

sintetiza a distribuição mundial da potência energética das ondas. Nela podemos

visualizar as potências médias ao redor do globo contidas em um metro de frente de

onda.

Figura 2: Distribuição de Potência das Ondas

Fonte: Universidade de Leipzig

A distribuição da potência das ondas poderia ser generalizada variando numa graduação

decrescente a medida que se dirige às regiões equatoriais e crescente no sentido dos

pólos. Quanto à regularidade dessa potência ao longo do ano, fator importante em

geração de eletricidade, pode-se dizer que quanto mais próximo do equador o regime de

ondas se apresenta de forma mais regular e maiores variações são encontradas à medida

que se dirige aos pólos.

A costa brasileira pode ser considerada como uma área calma, já que não está afetada

por nenhum sistema climático capaz de gerar tormentas de grandes magnitudes. O

maior sistema meteorológico presente no Brasil é o Anticiclone do Atlântico do Sul,

com características estacionárias, pois atua de forma quase permanente e é o

responsável pela formação de frentes frias que se deslocam em direção ao norte.

O clima de ondas na maior parte do litoral brasileiro, considerando todas as direções e

estações climáticas, apresenta ondas do tipo vaga (sea) com alturas entre 1m e 2m na

maior parte do ano. Os períodos de propagação predominantes são de 5 a 9 segundos.

Há ainda o aparecimento sazonal de algumas ondas do tipo swell.

3 APARATOS DE CONVERSÃO

Existe um vasto número de aparatos para conversão de energia das ondas que fazem uso

de diferentes conceitos tecnológicos. Essas diferenças entre os modelos se devem

basicamente a especialização acadêmica do grupo que concebeu o mecanismo,

geomorfologia do sítio de exploração, e às características do mar no local de aplicação,

em especial o clima de ondas e batimetria.

Os principais centros de pesquisa em energia das ondas se encontram em países como

Reino Unido, Portugal, Holanda, Dinamarca, Noruega, Suécia, Japão, Índia e Austrália,

dentre outros países que também conduzem pesquisas porém sem a existência de planta

ou protótipo em operação. As figuras de 3 a 18 a seguir mostram alguns aparatos, seu

respectivo princípio de funcionamento e seus países de origem.

Figura 3: OWC - Portugal

Figura 5: Wave Dragon - Dinamarca

Figura 7: Pelamis – Reino Unido

Figura 9: AWS – Holanda

Figura 4: Princípio do OWC - PT

Figura 6: Princípio do Wave Dragon - DK

Figura 8: Princípio do Pelamis – UK

Figura 10: Princípio do AWS – ND

Figura 11: Migthy Whale - Japão

Figura 13: IPS Buoy

Figura 15: MacCabe Pump–Reino Unido

Figura 17: Tapchan – Filipinas

Figura 12: Princípio do Migthy Whale - JP

Figura 14: Princípio do IPS Buoy

Figura 16: Princípio do MacCabe – UK

Figura 18: Princípio do Tapchan – FP

4 O MODELO BRASILEIRO DE CONVERSÃO DE ENERGIA DAS ONDAS

A concepção de energia das ondas funciona a partir da ação destas nos flutuadores. Os

flutuadores podem ter diferentes formatos e tamanhos dependendo das características do

mar onde será aplicado. Aqui os retangulares foram empregados. Cada flutuador é

conectado a um braço mecânico e este na estrutura principal (figura 19).

Figura 19: Detalhe do Conjunto Braço-Flutuador Figura 20: Sistema de Bombeamento

O movimento do braço induzido pelo flutuador trabalha como um pistão de uma bomba

horizontal (figura 20) enviando água pressurizada para um tanque de "estocagem"

chamado Câmara Hiperbárica (figura 21).

Figura 21: Câmara Hiperbárica Figura 22: Detalhe do Conjunto Turbo-Gerador

A câmara trabalha como um acumulador hidráulico. Quando a pressão dentro do

acumulador alcança o nível operacional, a água é direcionada, através de uma válvula,

para uma turbina hidráulica conectada a um gerador elétrico para produzir eletricidade

(figura 22).

O dimensionamento nominal do equipamento é:

Câmara Hiperbárica - comprimento 7,5 metros ; diâmetro 1,5 m

Braços Mecânicos - comprimento de 22 m.

Flutuadores – 12m x 7,8m

5 PROTÓTIPO

Em fevereiro de 2004 foi assinado um convênio entre a COPPE, Eletrobrás e Governo

do Estado do Ceará para desenvolvimento de estudos e projetos executivos para

implantação da primeira usina de Energia das Ondas das Américas, a ser instalada no

Porto do Pecém a sessenta quilômetros a oeste de Fortaleza (CE).

Figura 23: Porto Do Pecém (CE) Figura 24: Layout da Usina

Os ventos constantes, que fazem do estado do Ceará um dos maiores produtores de

energia eólica do país, têm conseqüência na formação de ondas constantes. Aliados à

política estadual em direção das fontes renováveis de energia convergiram para o

domicílio do protótipo. A existência de dados sobre o clima de ondas levantados

anteriormente para a construção desse porto, e seu posterior monitoramento, bem com a

característica offshore do porto distante a 3km da costa foram fatores decisivos na

escolha específica do sítio sobre o quebra-mar do porto.

Inicialmente serão instalados dois módulos de bombeamento. Cada módulo consiste de

um flutuador, um braço e uma bomba, capaz de gerar 50kW (2 x 25kW), para

monitoramento por dois anos e demais avaliações (desenvolvimentos) em mar real. Ao

final desse período de acompanhamento espera-se obter a definição da versão

comercial, capacitando o sítio para receber todos os 20 módulos, perfazendo um total de

500kW de potência, como planejado.

A tabela 1 nos dá uma idéia da equivalência de algumas potências, em termos práticos,

e qual a possível aplicação.

POTÊNCIA (kW)

APLICAÇÃO

50 Iluminação e Força Motriz para uma pequena fábrica

500

Iluminação e Força Motriz para uma vila de 200 famílias

5.000

Alimentação de uma rede local e complemento da matriz energética

30.000

Alimentação de 20.000 casas

Tabela 1: Uso da Energia quanto a Potência Gerada Fonte: ELETROBRÁS

6 BENEFÍCIOS DA ENERGIA DAS ONDAS

6.1 Vantagens Competitivas

6.1.1 Densidade de Energia

Chamamos aqui de Densidade de Energia a quantidade de energia produzida por um

vetor energético por metro quadrado de sua planta. Diz respeito, em outras palavras, a

área necessária para produção de uma unidade de energia. Tomando como exemplo

situações onde dados foram tecnicamente instrumentados e medidos, ilustramos, na

tabela 2, a situação na Alemanha:

FONTE ENERGÉTICA DENSIDADE (kw/m2)

Solar 0,1

Eólica 0,5

Ondas 10

Tabela 2: Densidade de Energia de Fontes Renováveis na Alemanha Fonte: Universidade de Leipzig

Ainda que consideremos densidades bem inferiores no litoral brasileiro, comparando a

densidade média das hidrelétricas brasileiras que é de 6W/m2, podemos observar

vantagens na sua exploração e concluir que seus custos também o são proporcionais.

6.1.2 Questões Ambientais

Um outro ponto que podemos deduzir da densidade da energia, e que é verdadeira na

comparação entre os vetores, é a proporção do impacto ambiental da área ocupada pela

planta.

Tomando os valores apresentados no item anterior temos que para produção de um

único MW uma usina hidrelétrica convencional (PCH) ocupará, inclusive com

inundação, uma superfície de aproximadamente 167.000 m2 contra 1000 m2 de uma

Usina de Ondas.

Como o produto de ambas as fontes é a energia elétrica há de se supor que,

salvaguardadas as devidas características de cada modal, os impactos ambientais

positivos são equivalentes, porém para impactos negativos de proporções muito

diferentes.

6.1.3 Produção Marginal de Energia

Uma Usina de Ondas tem característica modular, ou seja, pode ser construída tão

pequena quanto se queira, diminuindo o custo marginal de produção de energia aos

patamares mais baixos.

Na prática isso implica evitar a alocação de recursos escassos em capacidade ociosa, ao

passo que permite o crescimento e ampliação gradual na instalação de novos módulos

para atender a demanda futura somente quando ela existir, e se existir.

6.1.4 Tempos de Construção

Estes são proporcionais ao volume dos serviços a serem executados. Mas pode-se

salientar as possíveis reduções do tempo de permanência no campo para implantação,

mesmo em condições adversas.

São apresentadas a seguir duas variações do sistema de coluna de ar oscilante OWC

para ilustrar o comentário. Mighty Whale é um modelo de conversão de energia das

ondas cujo protótipo encontra-se há alguns anos em operação na costa do Japão.

Também utiliza o princípio de coluna de água oscilante (OWC). É uma Usina de Ondas

flutuante atirantada no leito marinho. A figura 25 mostra o modelo e a figura 26 uma

concepção artística de seu funcionamento e fixação.

Figura 25: Mighty Whale Figura 26: Mighty Whale –

Fixação e Funcionamento

Outro modelo flutuante, o OSPREY (Ocean Swell Powered Renewable Energy) é

apresentado na figura 27 com uma proposta diferente de fixação em costões rochosos,

como ilustrada na concepção artística da figura 28.

Figura 27: OSPREY. Figura 28: OSPREY – Fixação e Funcionamento

Contudo o tempo despendido no sítio se reduz consideravelmente, já que ambos são

construídos em estaleiros e só vão para o campo no momento de sua instalação.

Conseqüentemente os custos durante a implantação também serão reduzidos. Isso

implica ainda em menores custos devido à intervenção ambiental durante o período de

implantação e seu acompanhamento durante a operação afetando, em cadeia, aquelas

questões delineadas anteriormente.

A aplicação de cada um dos modelos, ou variantes destes, será determinada pelas

condições de instalação, bem como de operação, no sítio em questão. Não é o objetivo

sua discussão nesse foro, mas sim trazer a tona as promissoras reduções de custos.

6.1.5 Proximidade da Demanda

O Brasil teve seu processo de colonização no litoral e, por séculos, seu desenvolvimento

se deu paralelo à costa, fazendo com que mais de 70% de sua população resida na faixa

de terra até 300km da linha de costa (figura 29). Os maiores centros populacionais do

Brasil estão nas capitais de estados. Do nordeste ao sul do país, com exceção de

Teresina (PI), Curitiba (PR), São Paulo (SP), e Porto Alegre (RS), todas as demais

capitais são litorâneas.

Figura 29: BRASIL – Densidade Demográfica.

Fonte: Ricarte, E. & Estefen, S.

As Usinas de Ondas estariam seguindo o mesmo traçado paralelo à ocupação do país,

ou seja, próximo à demanda.

6.2 Vantagens Estratégicas

Recurso Renovável e Auto-sustentável – inexaurível.

Recurso Bem-caracterizado – fácil estimativa do potencial do recurso.

Abundante – apesar de sua variação nas estações climáticas.

Nativa – produção pontual.

Limpa – totalmente livre de poluição.

Consistência – é a mais consistente das fontes de energia renováveis

intermitentes.

Previsível – as ondas são fenômenos mais regulares que os ventos e o sol.

Concentração de Energia – as ondas contém mil vezes mais energia cinética que

o vento.

Modular – as usinas podem ser construídas tão pequenas, ou tão grande, quanto

se queira.

Localização Flexível – onshore, nearshore, offshore.

Proteção à Costa – em solução compartilhada na dissipação da força das ondas.

Harmonia à Vida Marinha – se desejado pode funcionar como recife artificial.

Independência Energética Local e/ou Regional – aplicação local eliminando a

dependência de combustível fóssil.

Uso compartilhado com outras atividades - divisão de infra-estrutura e custos.

6.3 Aplicabilidade

Complemento do Grid

Venda direta às companhias de eletricidade para inserção no grid de fornecimento.

Complementação Energética e Redução de Resíduos Tóxicos

Substituição da complementação térmica em alguns sistemas, eliminando a emissão de

gases de efeito estufa nessas localidades.

Mercados Isolados

Seja para clientes residenciais de comunidades, vilas e cidades ou para as suas

atividades econômicas e de lazer. Inclui-se nesse contexto ilhas e construções offshore.

Aplicações na Indústria do Petróleo e Gás

Bombeamento Multifásico;

Aquecimento Ativo de Linhas de Transmissão;

Força Motriz para Desenvolvimento de Poços Satélites;

Retardo no Descomissionamento de Plataformas;

Ganhos Logísticos e de Transportes Marítimos.

Sazonalidade e Pico de Demanda

Evitar estrangulamento do sistema, através do aumento da oferta na proporção do

crescimento da demanda, nos picos diários (figura 30) ou durante períodos de estiagem

das bacias hidrográficas.

Figura 30: Sazonalidade e Pico de Demanda

Fonte: Ricarte, E. – Power Future 2005

Células de Energia

Permitir a dispersão geográfica de considerável quantidade de energia, devido à

dispersão da demanda e/ou, onde a extensão de rede elétrica convencional não se sentiu

atraída ao seu fornecimento.

Auto-Consumo

Portos, fazendas marinhas, indústria da pesca, indústrias específicas diversas, fábricas

de gelo, hotéis, resorts, pólos de lazer, etc.

Pico de Demanda

Infra-estrutura de Energia

Capacitar micro-regiões com infra-estrutura de energia para fomentar o

desenvolvimento local de suas vocações econômicas, ou ainda criar uma nova.

Modularização de Energia

Permitir alocação de recursos de energia elétrica sob medida, segundo demanda

geográfica, mobilidade e facilidade de descomissionamento.

Realocação de Capacidade Energética

Com a criação de capacidade energética localizada, o excesso que passará a existir

poderá ser deslocado através da rede para novas aplicações e negócios, segundo

negociação entre empreendedor e companhia de distribuição, em pontos mais remotos.

Dessalinização de Água

Suprimento de água potável, através da dessalinização de água salgada/salobra, às

comunidades, criações e culturas.

Força Motriz aos Dessalinizadores;

Trabalho Mecânico, dispensando a câmara hiperbárica e o turbo-gerador;

O volume de água bombeado por um braço da usina é de:

5,875 l/s x 60 s/min x 60 min/h x 24 h/dia = 500 mil litros/dia

Um dessalinizador acoplado a um braço da Usina forneceria água potável para

634,5 famílias.

Compartilhamento de Infra-estrutura

Uma usina de energia das ondas pode ser fixada na infra-estrutura de outras obras

costeiras e de proteção como quebra-mar, portos, estruturas de exploração de energia

eólica offshore, recifes artificiais para concentração da pesca, fazendas marinhas,

criação de áreas permanentes para prática e competição de surfe, etc. Permite a divisão

dos custos dessas obras e ainda propicia a criação de atividade rentável de geração de

energia ou servindo-lhes como força elétrica.

Sinalização Costeira

Para alimentação de faróis, bóias de navegação e postos de observação e patrulha que

estão afastados da costa e da rede de fornecimento comercial.

Hidro-acumulação

Para criação de reserva ou geração de energia em baixa pressão (figura 31).

Figura 31: Exemplo de Hidro-acumulação

Fonte: Ricarte, E. –Power Future 2005

Insumo na Produção

Muitos países, por não disporem de fontes abundantes de energia, evitarão domiciliar

indústrias que demandem grandes quantidades de energia ou, de outra forma,

simplesmente perderão vantagem competitiva. Uma oferta energética renovável nos

permitirá atrair, e domiciliar, atividades como estas que demandem muita energia como

insumo no beneficiamento, ou acabamento, de seus produtos.

Reserva Estratégica

Mesmo que não tivéssemos motivo algum aparente, a simples questão de mantermos

estoques petrolíferos de reserva já seria um ótimo motivo para substituição por fontes

renováveis. A previsão de vida das bacias petrolíferas brasileiras está avaliada em

dezessete anos.

Créditos de Carbono

Comercialização de bônus internacionais auferidos pelo investimento em fontes de

energia não poluentes vendidos, como compensação, àqueles países que não

conseguirem alcançar as metas de redução na emissão de gases de efeito estufa, ou que

tenham planejamento interno para uma adequação ambiental completa mais lenta.

7 CONCLUSÃO

O artigo apresentou os principais fundamentos envolvidos na exploração das ondas

oceânicas como fonte de energia. Suas características confirmam tratar-se de fonte

verdadeiramente limpa e abundante. A exploração deste recurso na costa brasileira

pode suprir a demanda tanto em centros urbanos na complementaridade da matriz

disponível, como em comunidades isoladas e ilhas, longe dos centros de distribuição.

O trabalho também trouxe informações sobre o projeto de implantação do protótipo do

modelo desenvolvido pelo Laboratório de Tecnologia Submarina da COPPE/UFRJ, há

ser instalado no litoral cearense. O vetor das ondas vem a somar-se às opções que o país

dispõe para suprir a população e suas atividades com energia limpa.

Pelo fato do Brasil ser um país com um imenso litoral, o domicílio de usinas se mostra

com grande flexibilidade, fazendo da energia das ondas um vetor com alcance muito

além de outros vetores convencionais.

As aplicações aqui exemplificadas são uma visão geral das possibilidades de

aproveitamento que, como questões de P&D, merecem desenvolvimento caso a caso.

Certamente que a capacitação de localidades com infra-estrutura de energia há de

revelar outras numerosas aplicações em diferentes contextos.

Por fim, entendemos que a exploração energética das ondas do mar vive um momento

semelhante àquele experimentado pela energia eólica há poucos anos atrás, e que o

desenvolvimento de um modelo brasileiro de conversão energética das ondas do mar o

equipara ao seleto grupo de países que estudam essa ciência, capacitando-nos de

tecnologia para exportação e competição no mercado das energias renováveis.

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