IST, Wave Energy Centre, EU-OEA
O recurso energético
Estado actual da tecnologia
Custos
Impactes ambientais
Políticas públicas de apoio
Conclusões
Energia das Ondas: Estado de
desenvolvimento e perspectivas
[email protected]
Wave Energy Centre: Privada, sem fins lucrativos
 11 empresas
Actividades
o
o
o
o
o
o
o 4 sector energia
o 4 sector industrial
o 3 sector de consultoria
 3 instituições de I&D
Due Diligences e A. Estratégica
Políticas Públicas
Monitorização de centrais piloto
Modelação numérica
Formação e disseminação
Sítios para parques de ondas
• 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)
As 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 ondas
40
60
30
70
40
40
40
20
20
30
15
20
20
10
10
20
30
20
20
20
20
40
30
50 40
20
20
30
60
50 30
• As Ondas 70
são facilmente previsíveis (6 dias)
30
70
100
• Estados de mar muito estáveis
•• Potencial
de produção
10%
da
electricidade
Fluxo
médio
de energia
anual em
kW
por
m de frente de
• “Fácil”
integração
damundial:
energia
na
rede
eléctrica
onda
ao largo.
•• Grande
Mercado
mundial >de
€ 500
mil milhões
densidade
energia
por m2
Ondas: 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 tecnologias
Flutuantes, alongados com mov. angulares
Coluna de Água Oscilante
Placas submersas com
movimentos angulares
De rampa com acumulação (fixos / flutuantes)
Bóias com mov. verticais
Anos 1999 e 2000
Central do Pico (Açores):
1999, 400 kW
LIMPET (Escócia): 2000,
500 kW
Central do Pico
Central do Pico (Açores): IST, EDP, EDA
1999, 400 kW
Central do Pico: modelação numérica
Hydrodynamic Coefficients:
influence of bathymetry and nearby
coastline
Z
X
Y
A7-isolated OWC device
B7-isolated OWC device
A7-onshore OWC device
B7-onshore OWC device
10.00
3
3
A7/(rL ), B7/(rL w )
14.00
6.00
2.00
-2.00
-6.00
0.00
0.50
1.00
w (rad s-1)
1.50
2.00
Central do Pico: comparação com resultados lab.
0.05
Model tank tests
AQUADYN-OWC
HR (m3s-1Pa-1)
0.04
0.03
0.02
0.01
0
0
0.5
1
1.5
w (rad/s)
2
2.5
Central do Pico: resultados da central.
[KW] Power delivered to the grid
120
100
Relief valve closed (and opened
in energetic wave groups)
Relief valve 100% opened
Relief Valve 50% opened
80
60
40
20
0
13:55
1500
14:09
14:24
[rpms]
14:38
14:52
15:07
15:21
15:36
15:50
16:04
16:19
Rotational speed
1250
1000
750
500
250
0
13:55
Tests were performed with a turbine control law set to
turbine rotational speed less than 1200 rpms
14:24
14:52
15:21
15:50
16:19
Central do Pico: resultados da central.
Prof. L. Gato
Anos 1999 e 2000
Central do Pico (Açores):
1999, 400 kW
LIMPET (Escócia): 2000,
500 kW
Ondas: 2001 a 2003
AWS: 2001, 2 MW
Wave Dragon escala 1:4.5:
2003; 20 kW
Ondas: 2001 a 2003
Diffraction Forces
A - Floater
8.0E+05
Diffraction Forces (N)
7.0E+05
Fx -A-
6.0E+05
5.0E+05
Fz -A-
4.0E+05
Fx -B-
3.0E+05
2.0E+05
Fz -B-
1.0E+05
0.0E+00
0.0
B - AWS Device
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Freq. (rad/s)
Added Mass
Damping
2.0E+04
3.0E+05
1.8E+04
2.5E+05
1.6E+04
Case A
1.2E+04
1.0E+04
Case B
8.0E+03
6.0E+03
Added Mass (kg)
Damping (kg/s)
1.4E+04
2.0E+05
1.5E+05
1.0E+05
4.0E+03
5.0E+04
2.0E+03
0.0E+00
0.0E+00
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Freq. (rad/s)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Freq. (rad/s)
Ondas: 2001 a 2003
De rampa com acumulação (fixos / flutuantes)
Wave Dragon escala 1:4.5:
2003; 20 kW
Ondas: 2005
Pelamis: 750 kW
Power Buoy: 40 kW
Oceanlinx: 500 kW
Ondas: 2005
Ondas: 2006
Wave Roller
Wavebob escala 1:2
Fred Olson
Wave Star
Islanberg
Ondas: 2007
OE Buoy
Aqua Buoy
Ondas: 2008 – primeiro parque de 3 x 750 kW
Aguçadoura – Portugal, Setembro
Ondas: 2008 – bóia de 40 kW (Santoña, Espanha)
10 devices, 1,39 MW total capacity
Distance to the coast: 3-4 km
Power Cable 13,2 kV
OPT, Iberdrola, Total
Playa Berria, Santoña, Cantabria (Spain)
Ondas: 2009 – Central de CAO em quebramar
Aguçadoura
– Portugal,
Mutriku (País
Basco) – Setembro
18 x 20 kW
Estado actual da tecnologia
• Ano de 2000: 2 centrais de coluna de água oscilante na costa
• Ano de 2007: 12 protótipos testados no mar
• Ano de 2008: Primeiro parque “comercial” de 3 unidades Pelamis
(Portugal)
Iniciada a fase de demonstração no mar
• Não há convergência para uma única tecnologia
• Não há experiência operacional
Wavebob
• Custos devem reduzir-se de um factor de 4
Custos da Energía das Olas
Custos de energia de una
central comercial
2%
3%
3%
4%
1%
5%
40%
3%
11%
28%
Custos anuais de Operação e Manutenção
Módulos de conversão de energia ('Power-Take-Off')
Secções estruturais de betão
Instalação (Colocação)
Amarrações
Cabos Submarinos e transmissão/ligação em terra
Gestão de projecto/construção
Empréstimo de construção/colocação
Infraestruturas de suporte
Substituição de componentes após 10 anos
Fonte: Carbon Trust – 25 Janeiro de 2006
Evolução do custo de capital (CAPEX)
• Custo base = 75 €/MWh
• Factor de aprendizagem: custo reduzse 20% com a duplicação da potência
instalada
300,0
Energia produzida
250,0
€/MWh
200,0
Custo de aprendizagem
150,0
100,0
50,0
Custo base
0,0
0
500
1.000
Installed pow er [MW]
1.500
Alguns resultados
Tarifa Feed-in = custo e é paga nos 12 primeiros anos
GW, TWh/year , M€/year
200
150
Factor de carga = 25%
100
30%
50
0
0
5
10
15
20
Years
25
30
35
Alguns resultados
• Factor de carga: 25%
• Custo de aprendizagem pago pela tarifa en 12 anos
• 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 €
• Comparar com o mercado mundial estimado em € 500 mil
milhões (0,26%)
• Comparar com a tarifa base das renováveis de 75 €/MWh (6%)
• Potencia de instalação necessária (20,5 anos): > 25 GW
• Necessidade de colaboração internacional
Impactes ambientais (Portugal)
Profundidades de água: 50 ~ 80 m
•
Impactes ambientais esperados baixos (ruído?, dinâmica costeira?)
• Impactes ambientais positivos (CO2 , áreas protegidas?)
• 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)
Portugal: pesca tradicional < 30 m de profundidade de
água; pesca industrial para lá das 6 milhas (~100 m water
depth)
Impactes ambientais – estimativas com SWAN
-0,14 m
Onda a 10 m de profundidade para 200 MW
instalados na Zona Piloto (Portugal)
(Altura significativa ao largo: 1.13 m)
Políticas públicas
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
Zona Piloto:
• Portugal – 80 MW => 250 MW (2010)
Políticas públicas
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 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)
•
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 portuguesas
22 km
Portugal
20 km
18,3 km
14,9 km
E
Políticas 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 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 Portugal
World Power (MW)
300
600
0,3
DEMO (< 4MW per technology)
0,25
€/kWh
0,2
PRE-COMMERCIAL (< 20 MW per technology)
0,15
COMMERCIAL
0,075
0,1
0,05
0
1
10
20
100
250
National Power (MW)
1000
Conclusões
• 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 …).
• 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.