Energia das Ondas: Estado de desenvolvimento e perspectivas [email protected] O recurso...

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


Wave RollerWave Roller

Fred OlsonFred Olson Wave StarWave Star

IslanbergIslanberg

Wavebob escala Wavebob escala 1:21:2


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


22 km

18,3 km

14,9 km

20 kmE

Portugal


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.


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 …).

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