Centro de Investigação Marinha e Ambiental da Universidade do Algarve
Mais previsíveis do que o vento e o sol, as marés têm um enorme potencial quando se trata de gerar eletricidade limpa. O mercado global potencial de energia das marés está entre 150-800 TWh (terawatt-hora) por ano. Em condições económicas favoráveis, as tecnologias de energia oceânica (marés e ondas) podem satisfazer 10% da procura de energia da UE até 2050. Com turbinas de maré já a gerar eletricidade nos nossos mares, o desafio que a indústria enfrenta agora é reduzir os custos.
Ao longo da última década, a energia das correntes das marés atraiu um interesse significativo devido a ser um recurso energético previsível, de reduzido impacto ambiental e visual. Foram vários os conversores de energia das marés à escala real instalados em diversos locais: (i) o MeyGen em Pentland Firth (Norte da Escócia, Reino Unido) com a implementação de quatro turbinas de eixo horizontal de 1,5 MW, (ii) o SeaGen em Strangford Lough (Irlanda do Norte, Reino Unido) com a implementação de um dispositivo de 1,2 MW e (iii) a turbina flutuante de O2 de 2 MW implementada pela Orbital Marine no European Marine Energy Center (EMEC) (arquipélago de Orkney, Reino Unido). No entanto, quando comparada a outras tecnologias de energia renovável (em particular dispositivos eólicos e solares), a energia obtida das correntes das marés apresenta desafios de fiabilidade relacionados com as condições ambientais significativamente mais adversas em que estes dispositivos operam.
A fiabilidade dos dispositivos é um fator chave para reduzir o custo da energia elétrica gerada por dispositivos de energia das marés.
Embora a natureza previsível das correntes de maré seja bem compreendida, operar dispositivos de extração no Oceano aberto é extremamente complexo e requer um esforço de investigação contínuo para que, no futuro, esta forma de energia possa ser uma alternativa viável para produção energética. A causa principal é a turbulência. A turbulência ilustra os movimentos caóticos contidos num fluido e, no Oceano, são geralmente gerados devido à combinação de fundos marinhos irregulares, agitação marítima e correntes oceânicas. Tais movimentos podem produzir flutuações elevadas nas forças que atuam sobre as pás das turbinas que, quando combinadas com a exposição prolongada a um ambiente marinho adverso, podem afetar a fiabilidade dos conversores. Existe um número alargado de relatórios detalhados sobre os efeitos da turbulência no funcionamento e desempenho dos conversores de energia de marés. A título de exemplo, a turbina Open Hydro instalada na Baía de Fundy, Canadá, a turbina Atlantis AR1000 na Escócia e duas das turbinas Verdant instaladas no East River, EUA, exibiram falhas nas pás do rotor atribuídas a: 1) defeitos de fabricação e 2) cargas subestimadas. Tais falhas têm um impacto significativo na progressão do setor de energia das marés para a comercialização.
O conhecimento limitado dos efeitos a longo prazo da variabilidade das cargas hidrodinâmicas fez com que os fabricantes de conversores de energia das marés subestimassem os coeficientes de segurança, o que provoca efeitos diretos no aumento do custo de energia elétrica, desencorajando o investimento. Paralelamente, existe uma grande incerteza relativa à fiabilidade dos dispositivos, o que tem efeitos diretos no planeamento de operações de manutenção, aumentando os custos operacionais e, consequentemente, o custo de energia elétrica. É necessária mais investigação sobre os impactos da turbulência oceânica nestes dispositivos de extração, em particular na fadiga dos componentes, de forma a poder aumentar a fiabilidade destes dispositivos em Oceano aberto e planear com rigor as operações de manutenção.
Identificar os principais fatores por trás da falha das turbinas de maré – e propor soluções – representa um passo crítico para tornar esse setor de energia renovável mais eficiente e economicamente viável.
O objetivo principal da investigação neste setor, no âmbito do atual programa europeu Horizonte Europa, é investir em projetos de investigação e desenvolvimento tecnológico que demonstrem a fiabilidade dos dispositivos de energia de marés, focando-se em soluções inovadoras para o estudo dos componentes, nomeadamente rotor e pás, e no desenvolvimento de sistemas avançados de controle e de monitorização de forma a poder criar uma próxima geração de novos dispositivos, mais fiáveis, económicos, de fácil manutenção e adaptados às condições adversas em que operam.