A maior parte da eletricidade que alimenta o mundo industrial vem de geradores de indução. O primeiro entrou em operação em 1896 e foi alimentado pela cascata de água que é as Cataratas do Niágara. A maioria dos geradores de indução modernos são movidos a vapor, porém, e os combustíveis escolhidos para aquecer a água há muito são bobina, petróleo e gás natural - os chamados combustíveis fósseis.
Em 2011, os combustíveis fósseis forneciam 82 por cento da eletricidade mundial, mas continuam a aumentar as evidências dos efeitos devastadores que os subprodutos da combustão têm no meio ambiente. Em outubro de 2018, os cientistas estavam alertando que o aquecimento global, para o qual a combustão de combustíveis fósseis é a principal contribuição, estava se aproximando rapidamente de um ponto de inflexão irreversível. O resultado de tais avisos é uma mudança dos combustíveis fósseis para fontes de energia renováveis, como painéis fotovoltaicos, energia geotérmica e turbinas eólicas.
A força das ondas é uma das opções disponíveis. Os oceanos representam um vasto reservatório de energia inexplorada. De acordo com o Electric Power Research Institute, o potencial de energia das ondas na costa dos Estados Unidos, incluindo o Alasca, é de cerca de 2.640 terawatts-hora / ano. Isso é energia suficiente para abastecer 2,5 milhões de residências durante um ano inteiro. Outra maneira de ver isso é que uma única onda tem energia suficiente para alimentar um carro elétrico por centenas de quilômetros.
Existem quatro tecnologias principais para aproveitar a energia das ondas. Alguns trabalham perto da costa, alguns offshore e alguns no mar profundo. Os conversores de energia das ondas (WECs) são projetados para permanecer na superfície da água, mas diferem no orientações dos coletores para o movimento das ondas e nos métodos usados para gerar eletricidade. Os quatro tipos de geradores de eletricidade das ondas são absorvedores de ponto, terminadores, dispositivos de galgamento e atenuadores.
De onde vem a energia das ondas?
Acredite ou não, a energia das ondas é outra forma de energia solar. O sol aquece diferentes partes do globo em diferentes extensões e as diferenças de temperatura resultantes criam os ventos que interagem com a água do oceano para criar ondas. A radiação solar também cria diferenças de temperatura na própria água, que impulsionam as correntes subaquáticas. Pode ser possível aproveitar a energia dessas correntes no futuro, mas por enquanto, a maior parte da atenção da indústria de energia tem se concentrado nas ondas de superfície.
Estratégias de conversão de energia das ondas
Em uma barragem hidrelétrica, a energia da queda da água gira diretamente as turbinas que geram eletricidade AC. Este princípio é usado quase inalterado em algumas formas de geração de ondas, mas em outras, a energia do a água que sobe e desce tem que passar por outro meio antes que possa fazer o trabalho de girar o turbina. Este meio geralmente é o ar. O ar é selado em uma câmara e o movimento das ondas o comprime. O ar comprimido é então forçado por uma pequena abertura, criando um jato de ar que pode fazer o trabalho necessário. Em algumas tecnologias, a energia das ondas é transferida para energia mecânica por pistões hidráulicos. Os pistões, por sua vez, acionam as turbinas que geram eletricidade.
A energia das ondas ainda está em fase experimental, e centenas de designs diferentes foram patenteados, embora apenas uma fração deles tenha realmente sido desenvolvida. Uma empresa que fornecia energia comercial operava na costa de Portugal em 2008 e 2009, e o governo escocês está de olho no desenvolvimento de um grande projeto nas águas agitadas do Mar do Norte. Um projeto semelhante está planejado na costa da Austrália. Quatro tipos principais de geradores de ondas existem atualmente:
1 - Absorvedores de ponto lembram bóias
Um absorvedor de ponto é principalmente um dispositivo de alto mar. Ele permanece ancorado no lugar e balança para cima e para baixo nas ondas que passam. Ele consiste em um cilindro central que flutua livremente dentro de um invólucro e, à medida que a onda passa, o cilindro e o invólucro se movem um em relação ao outro. O movimento aciona um dispositivo de indução eletromagnética ou um pistão hidráulico, que cria a energia necessária para acionar uma turbina. Como esses dispositivos absorvem energia, eles podem afetar as características das ondas que chegam à costa. Esta é uma das razões pelas quais eles são usados em locais distantes da costa.
Uma coluna de água oscilante (OWC) é um tipo particular de absorvedor de pontos. Também se parece com uma bóia, mas em vez de um cilindro interno flutuante, possui uma coluna de água que sobe e desce com as ondas. O movimento da água empurra o ar comprimido através de uma abertura para acionar um pistão.
2 - Os terminadores geram eletricidade das ondas a partir do ar comprimido
Os exterminadores podem estar localizados na costa ou perto da costa. Eles são basicamente tubos longos e, quando implantados no mar, capturam água por meio de aberturas subterrâneas de portos. Os tubos são ancorados para se estenderem na direção do movimento das ondas, e a ascensão e queda da superfície do oceano empurra uma coluna de ar capturado através de uma pequena abertura para acionar uma turbina. Quando localizadas em terra, as ondas batendo na praia impulsionam o processo, de forma que as aberturas ficam localizadas nas extremidades dos tubos. Cada terminador pode gerar energia em uma faixa de 500 quilowatts a 2 megawatts, dependendo das condições das ondas. Isso é energia suficiente para uma vizinhança inteira.
3 - Os atenuadores são conversores de energia das ondas multissegmentados
Como os terminadores, os atenuadores são tubos longos que são implantados perpendicularmente ao movimento da onda. Eles são ancorados em uma extremidade e construídos em segmentos que se movem em relação um ao outro conforme a onda passa. O movimento aciona um pistão hidráulico ou algum outro dispositivo mecânico localizado em cada segmento, e a energia aciona uma turbina, que por sua vez produz eletricidade.
4 - Dispositivos de galgamento são como mini-barragens hidrelétricas
Dispositivos de galgamento são longos e estendem-se perpendicularmente à direção do movimento da onda. Eles formam uma barreira, bem como um paredão ou represa, que coleta água. O nível da água sobe a cada onda que passa e, à medida que desce novamente, aciona turbinas que geram eletricidade. A ação geral é aproximadamente a mesma que a empregada em hidrelétricas. As turbinas e equipamentos de transmissão são freqüentemente alojados em plataformas offshore. Dispositivos de galgamento também podem ser construídos em terra para capturar a energia das ondas que quebram na praia.
Problemas com geração de energia das ondas
Apesar da promessa óbvia da energia das ondas, o desenvolvimento está muito aquém do da energia solar e eólica. As instalações comerciais em grande escala ainda são uma coisa do futuro. Alguns especialistas em energia comparam o estado da eletricidade das ondas ao da eletricidade solar e eólica há 30 anos. Parte da razão para isso é inerente à natureza das ondas do oceano. Eles são irregulares e imprevisíveis. A altura das ondas e seu período, que é o espaço entre elas, pode variar de um dia para o outro ou mesmo de uma hora para outra.
Outro problema é a transmissão de energia. A energia das ondas não pode servir a nenhum propósito até que seja transmitida para a costa. A maioria dos WECs incorpora transformadores para aumentar a tensão para uma transmissão mais eficiente ao longo das linhas de energia subaquáticas. Essas linhas de energia normalmente ficam no fundo do mar e sua instalação aumenta significativamente o custo de uma estação de geração de energia das ondas, especialmente quando a estação está localizada longe da costa. Além disso, existe uma certa quantidade de perda de potência associada a qualquer transferência de energia elétrica.