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A RELEVÂNCIA DOS MATERIAIS NAS ENERGIAS
RENOVÁVEIS MARINHAS
OS MATERIAIS E O MAR 24-04-2014
ANTONIO SARMENTO
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SUMÁRIO
O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES
PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?
ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL
CONCLUSÕES
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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Instituições I&D
WAVEC
• Associação privada sem fins-
lucrativos; desde 2003
• Missão: acelerar a introdução das
energia renovável marinha no mercado
• Associados:
•Energia das Ondas
• Correntes de Maré
• Energia das Marés
• Gradiente Salino
• Energia Eólica Offshore
• Biomassa Marinha
Empresas Energia
Empresas de Engenharia
• Gradiente Térmico
22-05-2013 Mares da Lusofonia
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LONGO HISTORIAL DE PROJECTOS DE I&D
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Road-map
CORES
EQUIMAR
WAVETRAIN2
OceaNET
WAVEPORT
SURGE
AquaRET2
SOWFIA
FAME
DEMOWFLOAT
KIC InnoEnergy Project OTS
WEAM
MARINET
TROPOS
OTEO
SI Ocean
Atlantic Power Cluster
• Uma gama aalargada de projectos
• Mais de 100 parceiros internacionais
• Foco em novas, ferramentas, metodologias, serviços e produtos
Projectos Comunitários
Projectos Nacionais 24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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CONSULTORIA À ESCALA MUNDIAL
Inst. Costariquense de Electricidade
Projectos I&D 70%
Consultoria 24%
Quotas 6%
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MIGUEL LOPES
Monitorização & Tecnologia
NUNO MATOS
Políticas Públicas & Disseminação
ALEX RAVENTOS
Economia & Industria
MARCO ALVES
Modelação Numérica
TERESA SIMAS
Ambiente Marinho
Abordando todos os aspectos da energia renovável marinha
COMPETÊNCIAS ABRANGENTES
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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SUMÁRIO
O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES
PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?
ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL
CONCLUSÕES
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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O PROBLEMA DA SEGURANÇA DE ABASTECIMENTO DE ENERGIA
População Mundial: o 1950: 2,5 mil milhões
(1KW) o 2012: 6,7 mil milhões
(2,5 kW) o 2050: 9,2 mil milhões
(3,4 kW)
Gás de Xisto ajuda, mas não resolve o problema
Vamos necessitar de todas as fontes de energia, mesmo se mais caras!
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150
5
10
15
20
25
30
35
40
(TW
)
0
= 3.4
kW
Oil
Gas
Coal
U
RE
IEA 2012 Forecast
= 2.5
kW
= 1 kW
Sources: BP – Statistical Review 2012; UN – State of World
Population 2013, IEA – Key Energy World Statistics 2012
O Problema Energético do Mundo
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O PROBLEMA DO IMPACTE NAS ALTERAÇÕES CLIMÁTICAS
A libertação de Gases com Efeito de Estufa pode ter um impacte importante nas alterações climáticas
É irresponsável não implementar medidas de mitigação das alterações climáticas a um custo razoável!
1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150
5
10
15
20
25
30
35
40
(TW
)
0
= 3.4
kW
Oil
Gas
Coal
U
RE
IEA 2012 Forecast
= 2.5
kW
= 1 kW CO2
CO2
CO2 CO2
CO2 CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2
CO2 CO2
CO2 CO2
CO2
CO2
CO2
O Problema Energético do Mundo
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EVOLUÇÃO NO INVESTIMENTO MUNDIAL EM ENERGIAS RENOVÁVEIS
China responsável por 25% do investimento total mundial
Investimento dos países em desenvolvimento cresce mais rapidamente (46% to total em 2012)
0
50
100
150
200
250
300
2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Global Trends in Renewable Energy Investment 2013, Bloomberg New Energy Finance, http://www.fs-unep-centre.org
Fotovoltaico (140 mM€) e Eólico (80 mM€) dominam o investimento
INVESTIMENTO GLOBAL EM ENERGIA
RENOVÁVEL
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Oceanos: um enorme recurso – 275.500
TWh/y Ondas (44,000 TWh/y)
Correntes de
marés: energia em
correntes elevadas
(2,200 TWh/y)
Amplitude de maré: energia potencial entre
maré alta e maré baixa
(300 TWh/y)
Marés
Gradiente Térmico
(OTEC): diferença de
temperatura entre águas
profundas e de superfície
(33,000 TWh/y)
Gradiente salino: diferencial de pressão
osmótica entre água
doce e água salgada
(energia osmótica)
(20,000 TWh/y)
Fontes
Hidrotermais
Eólico Offshore: um
recurso eólico explorado no
oceano (176,000 TWh/y)
Biomassa Marinha: culturas de macroalgas para
produzir biocombustívies
Consumo Mundial de Energia: 140,000 TWh/y
Potencial económico (5%) ~ consumo de energia elétrica
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PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIA
RENOVÁVEL OFFSHORE?
• Segurança de abastecimento
• Controlo do custo da energia
• Controlo das alterações climáticas
• Desenvolvimento de nova tecnologia
• Desenvolvimento económico
• No caso da Energia dos Oceanos:
Desenvolvimento da Economia do Mar
12-04-2014 Fórum Mecânica, IST
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SUMÁRIO
O WAVEC OFFSHORE RENEWABLES
PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?
ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL
CONCLUSÕES
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Energia Eólica Offshore em águas pouco
profundas
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2013 European Offshore Statistics
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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE PRODUÇÃO DE
ENERGIA
Electrical
Infrastructure
15%
Operation and
Maintenance
25%
Support
Structure
24%
Engineering
and
Management
3%
Turbine
33%
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Progressão para águas mais profundas
Source: NREL
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Progressão para águas mais profundas
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Protótipo de 2.3 MW desenvolvido pela Siemens e StatoilHydro. Instalado na Noruega em 2009 e ainda operacional (águas com 220 m de profundidade, 12 km offshore).
Eólico Offshore Flutuante: HyWind
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Protótipo de 2.0 MW desenvolvido pela EDP, PPI e Siemens.
Eólico Offshore Flutuante: WindFloat
Instalado na Aguçadoura em 2011 e ainda operacional (águas com 43 m de profundidade, 6 km offshore).
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DESAFIOS PARA O EÓLICO
OFFSHORE
Aumento potência das turbinas: 5 para 10, 20
MW aumento diâmetro fadiga
Maiores profundidades: 20 m para 120 m
Maior distância a terra (~100 km)
Reduzir custo O&M (25%): Materiais auto-regenerativos
Materiais auto-sensoriais
Materiais mais resistentes à fadiga
Materiais mais baratos e leves
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TECNOLOGIAS DE CORRENTES MARÍTIMAS TECNOLOGIAS LÍDER
MCT Seagen 1,2MW, Irlanda do Norte (2008)
Turbina Open Hydro 1MW na Bay of Fundy (2010)
ORPC 60kW Beta TGU em Cobscook Bay (2010)
PS 100 no Estuário de Humber (2009)
SR 250 no EMEC (2011)
500kW TGL no EMEC (2010)
6x30kW FreeFlow 5m instalada em NY (2006)
1ª turbina Voith Hydro na oficina em Heidenheim
Conceito Minesto Deep-Gen
Instalação HS300 em Kvalsund (2003)
AK-1000 no EMEC (2010)
Turbina Clean Current (Alstom Hydro) em Race Rocks (2006)
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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE
ENERGIA NAS CORRENTES DE MARÉ
Eólica Ondas Correntes
Estrutura Estrutura
Eq. Potência
Turbina
Instalação
O&M O&M
Correntes de maré
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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS
CORRENTES MARÍTIMAS
Aumento potência das turbinas: 1 para 5 MW
aumento diâmetro fadiga
Reduzir custos de instalação (33%)
Reduzir custo O&M (20%): Materiais auto-regenerativos
Materiais auto-sensoriais
Materiais mais resistentes à fadiga
Materiais e proteções mais resistentes à corrosão
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ENERGIA DAS ONDAS: CONCEITOS
OWC
Corpos oscilantes Galgamento
Deformáveis – Agregado compacto
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DESAGREGAÇÃO DE CUSTOS DE
ENERGIA NAS ONDAS
Eólica Correntes
Estrutura Estrutura
Eq. Potência
Turbina
Instalação
O&M O&M
Ondas
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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS
Aumento de fiabilidade Materiais mais resistentes à fadiga (3 milhões de ciclos/ano)
Aumento do tempo de vida dos anéis de vedação para cilindros
hidráulicos
Reduzir custo O&M (20%): Materiais auto-regenerativos
Materiais auto-sensoriais
Materiais e proteções mais resistentes à corrosão
Aumento da eficiência Materiais deformáveis para sintonia com as ondas
Materiais deformáveis para aumento de sobrevivência
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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DESAFIOS PARA ENERGIA DAS ONDAS
Redução de custos Materiais mais baratos
Aumento de sobrevivência por submersão em caso
de tempestade Materiais deformáveis capazes de resistir ao aumento de
pressão
Materiais funcionais Membranas deformáveis
Materiais para fins de curso
Cabos resistentes a esticões
Polímeros eletroativos em substituição do equipamento de
potência
Fluidos eletroativos para produção direta de eletricidade
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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FASES DE DESENVOLVIMENTO DO MERCADO
(EÓLICO FLUTUANTE E CORRENTES DE MARÉ
2015
• Demonstração técnica (Fiabilidade e sobrevivência)
2018
• Demonstração pré-comercial (Custos e Produção de Energia)
2022 • Exploração comercial (Tarifa
subsidiada)
Ondas um pouco mais atrasadas (3 a 5 anos) 24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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SUMÁRIO
PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?
ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL.
CONCLUSÕES
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Placa oscilante Coluna de água oscilante
Absorvedor pontual
Energia das ondas: Central
do Pico (1999) – 450 kW
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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Placa oscilante Coluna de água oscilante
Absorvedor pontual
Energia das ondas: AWS (Aguçadoura
2004) – 2.000 kW
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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Placa oscilante Coluna de água oscilante
Absorvedor pontual
Energia das ondas: Pelamis
(Aguçadoura 2008) – 3 x 750 kW
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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APRIL 10TH, 2012 One Year Storm - design limits
Hs = 7 m, Hmax = 11m Wavg = 30kts, Wmax = 40kts
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Placa oscilante Coluna de água oscilante
Absorvedor pontual
Energia das ondas: Waveroller
(Peniche 2012) – 3 x 100 kW
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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Ensaios à escala 1:16
NAREC, UK, Sept-Oct 2012
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ENERGIA DAS ONDAS:
CORPOWER
Concepção,
simulação
numérica e
experimental
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SUMÁRIO
WAVEC OFFSHORE RENEWABLES
PORQUÊ INVESTIR EM ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS?
ESTADO DA ARTE DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS MARINHAS
PROJECTOS EM CURSO EM PORTUGAL.
CONCLUSÕES
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
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DESAFIOS E OPORTUNIDADES
Materiais funcionais Polímeros eletroativos
Membranas e materiais deformáveis
Materiais estruturais Materiais auto-regenerativos
Materiais auto-sensoriais
Materiais resistentes à fadiga
Proteção à corrosão
Materiais baratos
24-04-2014 Os Materiais e o Mar
GRANDE OPORTUNIDADE DE
CONTRIBUIÇÃO:
40