Central de energia de ondas: princípio de funcionamento

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

As águas dos oceanos escondem inúmeras riquezas, sendo as principais, talvez, fontes ilimitadas de energia na forma de ondas do mar. Pela primeira vez, o uso da energia cinética dos eixos que rolam em terra foi pensado no século XVIII em Paris, onde foi apresentada a primeira patente de um moinho de ondas. Agora a tecnologia avançou muito e a primeira usina comercial de energia das ondas foi criada pelos esforços conjuntos de cientistas, que começaram a operar em 2008.

Por que é benéfico?

Não é nenhum segredo que os recursos naturais estão à beira do esgotamento. As reservas de carvão, petróleo e gás - as principais fontes de energia - estão chegando ao fim. De acordo com as previsões mais otimistas dos cientistas, as reservas serão suficientes para 150-300 anos de vida. A energia nuclear também não correspondeu às expectativas. Alta potência e produtividade compensam os custos de construção, operação, mas os problemas de descarte de resíduos e danos ambientais logo os obrigarão a ser abandonados. Por essas razões, os cientistas estão procurando novas fontes alternativas de energia. Agora jáas usinas eólicas e solares operam. Mas, apesar de todas as suas vantagens, eles têm uma desvantagem significativa - baixa eficiência. Não será possível satisfazer as necessidades de toda a população. Portanto, novas soluções são necessárias.

Para gerar eletricidade, uma usina de energia das ondas usa a energia cinética das ondas. De acordo com as estimativas mais conservadoras, esse potencial é estimado em 2 milhões de MW, o que é comparável a 1000 usinas nucleares operando em plena capacidade, e cerca de 75 kW/m3 por metro de frente de onda. Não há absolutamente nenhum efeito prejudicial ao meio ambiente.

Esquema geral de trabalho

As usinas ondulatórias são estruturas flutuantes capazes de converter a energia mecânica do movimento das ondas em energia elétrica e transmiti-la ao consumidor. Ao mesmo tempo, eles tentam usar duas fontes:

1. Reservas cinéticas. Eixos marítimos passam por um tubo de grande diâmetro e giram as lâminas, que transmitem força a um gerador elétrico. O princípio pneumático também é aplicado - a água, penetrando em uma câmara especial, desloca o oxigênio de lá, que é redirecionado através de um sistema de canais e gira as pás da turbina.
2. Energia rolante. Neste caso, a usina de ondas atua como um flutuador. Movendo-se no espaço junto com o perfil da onda, faz a turbina girar através de um complexo sistema de alavancas.

Diferentes países usam sua própria tecnologia para converter o movimento mecânico das ondas em eletricidade, mas o geraleles têm o mesmo esquema de ação.

Desvantagens das usinas de energia das ondas

O principal obstáculo para a introdução generalizada de usinas de energia das ondas é o seu custo. Devido ao projeto complexo e à instalação complexa na superfície das águas do mar, os custos de colocar essas instalações em operação são mais altos do que para a construção de uma usina nuclear ou termelétrica.

Além disso, há uma série de outras deficiências, que estão principalmente associadas ao surgimento de problemas socioeconômicos. O fato é que grandes estações flutuantes criam um perigo e interferem na navegação e na pesca - uma usina de ondas flutuantes pode simplesmente forçar uma pessoa a sair das áreas de pesca. Há também possíveis consequências ambientais. A utilização de instalações extingue significativamente as ondas do mar, torna-as mais pequenas e impede-as de rebentar em terra. Enquanto isso, as ondas desempenham um papel importante no processo de troca gasosa no oceano, limpando sua superfície. Tudo isso pode levar a uma mudança no equilíbrio ecológico.

Aspectos positivos das usinas de energia das ondas

Além das desvantagens, uma usina de energia das ondas também tem uma série de vantagens que têm um impacto positivo nas atividades humanas:

• instalações, por extinguir a energia das ondas, podem proteger as estruturas costeiras (cais, portos) da destruição pela força do oceano;
• A eletricidade é gerada a um custo mínimo;
• alta energia das ondas torna os parques eólicos mais economicamente viáveis do que as usinas eólicas ou solares.

As reservas de energia também são possuídas por águas terrestres, principalmente rios. A construção de estações em pontes, travessias, píeres é uma perspectiva para o desenvolvimento desta área de geração de eletricidade.

Problemas a serem resolvidos

A principal tarefa da comunidade científica agora é melhorar o projeto, o que reduzirá o custo da eletricidade gerada pelas usinas de energia das ondas. O princípio de funcionamento deve permanecer o mesmo, mas novas tecnologias e materiais serão usados para criar as instalações.

A potência média da onda é de 75-85 kW / m - esta é a faixa que a maioria das estações está sintonizada. No entanto, durante uma tempestade, a força das ondas do mar aumenta várias vezes e existe o perigo de destruição das instalações. Já mais de uma lâmina estava amassada ou dobrada após uma tempestade. Para resolver esse problema, os cientistas reduzem artificialmente a potência específica das ondas. Um dos problemas é que o uso massivo de estações de ondas levará à mudança climática. A geração de energia elétrica é realizada devido à rotação da Terra (é assim que as ondas são formadas). O uso generalizado de estações fará com que o planeta gire mais lentamente. Uma pessoa não sentirá a diferença, mas isso destruirá várias correntes que desempenham um papel importante na troca de calor da Terra.

O primeiro WPP experimental do mundo

A primeira usina de energia das ondas surgiu em 1985 na Noruega. Sua potência era de 500 kW, e ela mesmaera um protótipo. Seu princípio de funcionamento é baseado na compressão cíclica e expansão do meio:

• um cilindro com fundo aberto é imerso na água de modo que sua borda fique abaixo da cavidade da onda - seu ponto mais baixo;
• água corrente periodicamente comprime o ar na cavidade interna;
• quando uma determinada pressão é atingida, uma válvula se abre, permitindo que o oxigênio comprimido passe para a turbina.

Esta central produziu 500 kW de energia, o que foi suficiente para confirmar a eficácia das instalações, que contribuíram para o seu desenvolvimento.

A primeira usina industrial do mundo

A primeira instalação em escala industrial do mundo é a Oceanlinx offshore Port Kemble, Austrália. Foi colocado em operação em 2005, mas depois foi enviado para reconstrução e voltou a funcionar em 2009, razão pela qual tanto as usinas maremotrizes quanto as das ondas são agora utilizadas na região. Seu princípio de funcionamento é o seguinte:

1. Ondas periodicamente entram em câmaras especiais, fazendo com que o ar se comprima.
2. Quando a pressão crítica é atingida, o ar comprimido gira o gerador elétrico através de uma rede de canais.
3. Para captar o movimento e a força das ondas, as pás da turbina mudam seu ângulo de inclinação.

A capacidade da instalação era de cerca de 450 kW, embora cada seção da estação seja capaz de fornecer de 100 kWh a 1,5 MWh de energia elétrica.

O primeiro parque eólico comercial do mundo

A primeira usina comercial de ondasNomeação conquistada em 2008 em Agusador, Portugal. Além disso, é a primeira instalação no mundo que utiliza diretamente a energia mecânica da onda. O projeto foi elaborado pela empresa inglesa Pelamis Wave Power.

A estrutura inclui várias seções que são liberadas e se elevam junto com o perfil da onda. As seções são articuladas ao sistema hidráulico e o acionam durante o movimento. O mecanismo hidráulico faz com que o rotor do gerador gire, devido ao qual a eletricidade é gerada. As centrais de energia das ondas utilizadas em Portugal têm vantagens e desvantagens. A vantagem da instalação é sua alta potência - cerca de 2,25 MW, bem como a possibilidade de instalar seções adicionais. Há apenas um inconveniente de instalar o sistema - há dificuldades com a transmissão de energia elétrica através de fios para o consumidor.

A primeira usina de energia de ondas na Rússia

Na Rússia, o primeiro parque eólico surgiu em 2014 no Território de Primorsky. O desenvolvimento foi realizado por uma equipe de cientistas da Universidade Federal dos Urais e do Instituto Oceanológico do Pacífico do Extremo Oriente da Academia Russa de Ciências. A instalação é experimental. Sua peculiaridade é que utiliza a energia não apenas das ondas, mas também das marés.

Em Moscou, está prevista a construção de um laboratório de pesquisa que desenvolverá e criará a primeira estação de flutuação doméstica. Talvez, depois disso, as usinas de energia das ondas na Rússia também tenham um propósito industrial ou comercial.