Energia das Ondas: Estado de desenvolvimento e perspectivas [email protected] O recurso...
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Energia das Ondas: Estado de Energia das Ondas: Estado de desenvolvimento e perspectivasdesenvolvimento e perspectivas
[email protected]@ist.utl.pt
O recurso energético
Políticas públicas de apoio
Conclusões
IST, Wave Energy Centre, EU-OEA
Custos
Estado actual da tecnologia
Impactes ambientais
Wave Energy Centre: Privada, sem fins lucrativosWave Energy Centre: Privada, sem fins lucrativos
11 empresas
o 4 sector energia
o 4 sector industrial
o 3 sector de consultoria
3 instituições de I&D
• Clientes:
EDP (P) Galp (P) Enersis (P)
DGGE (P) A.D. Little (P) ETI (RU)
Shell International (NL) AWS B.V. (NL)
Shell Techn. Ventures (USA) Iberdrola (E)
Lovdhal Ventures (N) ITPower (RU)
Actividadeso Due Diligences e A. Estratégica
o Políticas Públicas
o Monitorização de centrais piloto
o Modelação numérica
o Formação e disseminação
o Sítios para parques de ondas
As diversas formas de energia marinhaAs diversas formas de energia marinha
Ondas
Correntes
o de maré (sem represa)
o oceânica
o rios (sem represa)
De maré (com represa)
Gradiente térmico (OTEC)
Gradiente salino
Eólica offshore flutuante
Recurso das ondasRecurso das ondas
• Fluxo médio de energia anual em kW por m de frente de onda ao largo.
70
40
30
40
2040 5
0
40
30
20
60
60
40
20
20305070
20
40
100
1530
202
0 1020
30
10
30
20 2
0
70
20
30
• Potencial de produção mundial: 10% da electricidade
• Mercado mundial > € 500 mil milhões
• As Ondas são facilmente previsíveis (6 dias)
• Estados de mar muito estáveis
• “Fácil” integração da energia na rede eléctrica
• Grande densidade de energia por m2
Ondas: lugar de instalaçãoOndas: lugar de instalação
• Classificação quanto ao lugar de instalação:
• Na linha de costa
• Próximo da costa
• Alto mar (50 a 80 m de profundidade) – grande escala
Ondas: 5 Tipos básicos de tecnologiasOndas: 5 Tipos básicos de tecnologias
Bóias com mov. verticais
Flutuantes, alongados com mov. angulares
Placas submersas commovimentos angulares
De rampa com acumulação (fixos / flutuantes)
Coluna de Água Oscilante
Central do Pico (Açores): Central do Pico (Açores): 1999, 400 kW1999, 400 kW
Anos 1999 e 2000Anos 1999 e 2000
LIMPET (Escócia): 2000, LIMPET (Escócia): 2000, 500 kW500 kW
Central do Pico (Açores): IST, EDP, EDACentral do Pico (Açores): IST, EDP, EDA 1999, 400 kW1999, 400 kW
Central do PicoCentral do Pico
Central do Pico: modelação numéricaCentral do Pico: modelação numérica
Hydrodynamic CoefficientsHydrodynamic Coefficients: : influence of bathymetry and nearby influence of bathymetry and nearby coastlinecoastline
-6.00
-2.00
2.00
6.00
10.00
14.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
w (rad s-1)
A7/
(rL
3 ), B
7/(r
L3 w
)
A7-isolated OWC deviceB7-isolated OWC deviceA7-onshore OWC deviceB7-onshore OWC device
XY
Z
Central do Pico: comparação com resultados lab.Central do Pico: comparação com resultados lab.
w (rad/s)
HR
(m3s-1
Pa-1
)
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Model tank testsAQUADYN-OWC
Central do Pico: resultados da central.Central do Pico: resultados da central.
0
250
500
750
1000
1250
1500
13:55 14:24 14:52 15:21 15:50 16:19
[rpms] Rotational speed
0
20
40
60
80
100
120
13:55 14:09 14:24 14:38 14:52 15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19
[KW] Power delivered to the grid
Relief Valve 50% opened
Relief valve 100% openedRelief valve closed (and opened in energetic wave groups)
Tests were performed with a turbine control law set to turbine rotational speed less than 1200 rpms
Central do Pico: resultados da central.Central do Pico: resultados da central.
Prof. L. Gato
Central do Pico (Açores): Central do Pico (Açores): 1999, 400 kW1999, 400 kW
Anos 1999 e 2000Anos 1999 e 2000
LIMPET (Escócia): 2000, LIMPET (Escócia): 2000, 500 kW500 kW
Ondas: 2001 a 2003Ondas: 2001 a 2003
AWS: 2001, 2 MWAWS: 2001, 2 MW
Wave Dragon escala 1:4.5: Wave Dragon escala 1:4.5: 2003; 20 kW2003; 20 kW
BB - AWS - AWS DeviceDevice
AA - Floater - Floater
0.0E+00
2.0E+03
4.0E+03
6.0E+03
8.0E+03
1.0E+04
1.2E+04
1.4E+04
1.6E+04
1.8E+04
2.0E+04
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Freq. (rad/s)
Dam
pin
g (k
g/s
)
Case A
Case B
0.0E+00
5.0E+04
1.0E+05
1.5E+05
2.0E+05
2.5E+05
3.0E+05
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Freq. (rad/s)
Ad
ded
Mas
s (k
g)
Added MassAdded Mass DampingDamping
0.0E+00
1.0E+05
2.0E+05
3.0E+05
4.0E+05
5.0E+05
6.0E+05
7.0E+05
8.0E+05
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Freq. (rad/s)
Dif
fra
cti
on
Fo
rce
s (
N)
Fx -A-
Fz -A-
Fx -B-
Fz -B-
Diffraction ForcesDiffraction Forces
Ondas: 2001 a 2003Ondas: 2001 a 2003
Ondas: 2001 a 2003Ondas: 2001 a 2003
Wave Dragon escala 1:4.5: Wave Dragon escala 1:4.5: 2003; 20 kW2003; 20 kW
De rampa com acumulação (fixos / flutuantes)
Ondas: 2005Ondas: 2005
Power Buoy: 40 Power Buoy: 40 kWkW
Pelamis: 750 Pelamis: 750 kWkW
Oceanlinx: 500 Oceanlinx: 500 kWkW
Ondas: 2005Ondas: 2005
Ondas: 2006Ondas: 2006
Wave RollerWave Roller
Fred OlsonFred Olson Wave StarWave Star
IslanbergIslanberg
Wavebob escala Wavebob escala 1:21:2
Ondas: 2007Ondas: 2007
Aqua BuoyAqua Buoy
OE BuoyOE Buoy
Aguçadoura – Portugal, SetembroAguçadoura – Portugal, Setembro
Ondas: 2008 – primeiro parque de 3 x 750 kWOndas: 2008 – primeiro parque de 3 x 750 kW
Ondas: 2008 – bóia de 40 kW (Santoña, Espanha)Ondas: 2008 – bóia de 40 kW (Santoña, Espanha)
Playa Berria, Santoña, Cantabria (Spain)
PowerPower Cable 13,2 Cable 13,2 kVkV
10 devices, 1,39 MW total capacity Distance to the coast: 3-4 km
OPT, Iberdrola, TotalOPT, Iberdrola, Total
Aguçadoura – Portugal, SetembroAguçadoura – Portugal, Setembro
Ondas: 2009 – Central de CAO em quebramarOndas: 2009 – Central de CAO em quebramar
Mutriku (País Basco) – 18 x 20 kWMutriku (País Basco) – 18 x 20 kW
Estado actual da tecnologiaEstado actual da tecnologia
• Ano de 2000: 2 centrais de coluna de água oscilante na costa
• Ano de 2008: Primeiro parque “comercial” de 3 unidades Pelamis (Portugal)
• Ano de 2007: 12 protótipos testados no mar
Wavebob• Custos devem reduzir-se de um factor de 4
• Não há experiência operacional
• Não há convergência para uma única tecnologia
Iniciada a fase de demonstração no mar
Custos da Energía das Olas Custos da Energía das Olas
Fonte: Carbon Trust – 25 Janeiro de 2006
Custos anuais de Operação e ManutençãoMódulos de conversão de energia ('Power-Take-Off')Secções estruturais de betãoInstalação (Colocação)AmarraçõesCabos Submarinos e transmissão/ligação em terraGestão de projecto/construçãoEmpréstimo de construção/colocaçãoInfraestruturas de suporteSubstituição de componentes após 10 anos
3%
5%
1%
2%
11%
3%3% 4%
28%
40%
Custos de energia de una
central comercial
• Custo base = 75 €/MWh
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
0 500 1.000 1.500
Installed power [MW]
€/M
Wh Custo de aprendizagem
Energia produzida
Custo base
Evolução do custo de capital (CAPEX)Evolução do custo de capital (CAPEX)
• Factor de aprendizagem: custo reduz-se 20% com a duplicação da potência instalada
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20 25 30 35
Years
GW
, TW
h/y
ear
, M€/
year
Factor de carga = 25%
30%
Alguns resultadosAlguns resultados
Tarifa Feed-in = custo e é paga nos 12 primeiros anos
Alguns resultadosAlguns resultados
• Custo de aprendizagem: € 1.3 mil milhões (em 20,5 anos)
• Energia total produzida : 278 TWh (em 20,5 anos)
• Custo de aprendizagem por MWh produzido pelas ondas: 4,6 €
• Factor de carga: 25%
• Custo de aprendizagem pago pela tarifa en 12 anos
• Potencia de instalação necessária (20,5 anos): > 25 GW
• Comparar com o mercado mundial estimado em € 500 mil milhões (0,26%)
• Comparar com a tarifa base das renováveis de 75 €/MWh (6%)
• Necessidade de colaboração internacional
Impactes ambientais (Portugal)Impactes ambientais (Portugal)
• Impactes ambientais esperados baixos (ruído?, dinâmica costeira?)
• Conflito com navegação pequenos se as rotas de acesso aos portos forem evitadas e tomadas medidas de mitigação
• Conflitos moderados com a pesca (criação de novos empregos)
Profundidades de água: 50 ~ 80 m
Portugal: pesca tradicional < 30 m de profundidade de água; pesca industrial para lá das 6 milhas (~100 m water depth)
• Impactes ambientais positivos (CO2 , áreas protegidas?)
Impactes ambientais – estimativas com SWANImpactes ambientais – estimativas com SWAN
Onda a 10 m de profundidade para 200 MW instalados na Zona Piloto (Portugal)
(Altura significativa ao largo: 1.13 m)
-0,14 m
Apoio ao desenvolvimento da tecnologia: fundo perdido, empréstimos em condições bonificadas
Infra-estruturas de teste no mar:
• Escócia (EMEC) – 4 MW => 20 MW
• Inglaterra (Wave Hub) – 20 MW (2010)
• País Basco – 20 MW (2010)
• França – 4 MW (2010)
• Noruega
Redes de formação e I&D:
• Wavetrain II
• Supergen
• Statkraft
Políticas públicasPolíticas públicas
Zona Piloto:
• Portugal – 80 MW => 250 MW (2010)
Simplificação dos procedimentos de licenciamento (tempo e INCERTEZA)
Acesso à rede eléctrica
Acesso a dados de campo
Promoção de mercado interno:
• Tarifas
• Metas
• Incentivos fiscais
Políticas públicasPolíticas públicas
Políticas públicas portuguesasPolíticas públicas portuguesas
Zona Piloto:
• Processos de licenciamento conduzidos por uma empresa concessionada (Entidade Gestora)
• Demonstração de conceito, fases pre-comercial e comercial
• 80 MW (média tensão) + 170 MW (alta tensão)
Zona Piloto:
• Processos de licenciamento conduzidos por uma empresa concessionada (Entidade Gestora)
• Demonstração de conceito, fases pre-comercial e comercial
• 80 MW (média tensão) + 170 MW (alta tensão)
• SIG com dados relevantes
• Infra-estruturas promovidas pela Entidade Gestora
• Custos de infra-estrutura suportados parcialmente pelo Sistema Eléctrico Nacional
• Programas de vigilância e formação em produção de energia, custos e impacte ambiental
Políticas públicas portuguesasPolíticas públicas portuguesas
22 km
18,3 km
14,9 km
20 kmE
Portugal
Políticas públicas portuguesasPolíticas públicas portuguesas
Reacções à iniciativa da Zona Piloto:
• Muito positiva: Administração Pública, Rede Nacional (disciplina a procura e reduz custos de infra-estruturas) e tecnólogos (reduz custos na fase de demonstração)
• Promotores de projectos: algum desconforto – receio que os custos subam e a dinâmica se reduza se a entidade gestora tiver o comportamento típico de um monopólio.
Políticas públicas portuguesasPolíticas públicas portuguesas
Tarifas:
• 260 €/MWh para a fase da demonstração
• 160 ~ 210 €/MWh para a fase pré-comercial
• 75 ~ 160 €/MWh para a fase comercial
A tarifa depende da potência instalada por tecnologia em Portugal e no estrangeiro e da qualidade da tecnologia & projecto.
A tarifa de energia das ondas em PortugalA tarifa de energia das ondas em Portugal
World Power (MW)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 10 100 1000
National Power (MW)
€/kW
h
20 250
300 600
DEMO (< 4MW per technology)
PRE-COMMERCIAL (< 20 MW per technology)
COMMERCIAL
0,075
ConclusõesConclusões
• A pesar das grandes expectativas, os custos actuais são elevados e não existe experiência operacional.
• Existem barreiras identificadas, a maior parte das quais podem ser eliminadas ou reduzidas mediante políticas públicas adequadas.
• O desenvolvimento de um mercado é essencial, sendo la tarifa subsidiada o melhor meio para a creação de mercado.
• O custo de aprendizagem é pequeno quando comparado com o potencial mercado mundial.
• A tarifa média durante a etapa de aprendizagem é pequena quando comparada com a tarifa base das energias renováveis.
• Foi alcançada a fase de demonstração no mar com o envolvimento das grandes empreas de energia eléctrica europeia (EDF, Vatenfhal, DONG, EDP, E.ON, Iberdrola …).