Energia maremotriz das marés oceânicas e equipamentos modernos de Defesa, Segurança, Ciência, Tecnologia e Comunicação

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Energia das marés

Energia das marés ou energia maremotriz é a eletricidade gerada por meio do desnível da água do mar por meio das correntes marítimas comumente advindas do funcionamento de barragens ou turbinas, que se assemelham às turbinas eólicas, porém com as hélices posicionadas na porção inferior do mastro, isto é, abaixo da superfície do mar. Trata-se de uma energia limpa, que não produz resíduos poluentes ao meio ambiente e que utiliza uma fonte renovável, que é a água.

As marés são um fenômeno oceânico caracterizado pela mudança no nível das águas sob a influência do campo gravitacional da lua e também do Sol. Quando ambos os astros se encontram alinhados com o planeta Terra, as marés são mais intensas.

Ocean Power Technologies (OPT)

A Ocean Power Technologies (OPT) é uma empresa pioneira em tecnologias de energia das ondas, que aproveita os recursos das ondas oceânicas para gerar eletricidade confiável, limpa e benéfica para o meio ambiente.

O sistema PowerBuoy da OPT é baseado em uma série de usinas marítimas com boias modulares oceânicas que capturam e convertem a energia previsível das ondas em eletricidade limpa. A empresa é amplamente reconhecida como desenvolvedora líder de sistemas de geração de energia das ondas autônomas e on-grid. A OPT está sediada em Pennington, Nova Jersey, com escritório em Warwick, Reino Unido.

O modelo PB150 baseia-se na experiência oceânica da OPT adquirida desde 1997, quando seu primeiro PowerBuoy foi implantado. O PB150 tem 135 pés de comprimento e um diâmetro máximo de 36 pés perto da superfície do oceano. A estrutura de aço PB150 foi fabricada na Escócia, e a tomada de força e o sistema de controle foram construídos e testados nas instalações da OPT em Warwick, Reino Unido e Pennington, Nova Jersey, EUA. A integração final e o teste do PowerBuoy completo foram conduzidos em Invergordon, Escócia.

Desde então, os sistemas da OPT sobreviveram a furacões e tempestades severas nos Oceanos Pacífico e no Atlântico. A tecnologia PB3 PowerBuoy foi demonstrada para um projeto da Marinha dos EUA para fornecer energia avaliada em 40 quilowatts (kW) a redes de segurança costeira e sobreviveu a rigorosos testes no mar, incluindo operações em Nova Jersey através do furacão Irene. Os testes oceânicos começaram em 1997 com uma boia na costa de Atlantic City. Ele provou ser bem-sucedido, e PowerBuoys continuam a operar lá para o Conselho de Serviços Públicos de Nova Jersey.

Desde 2001, a OPT tem implantado PowerBuoys para a Marinha dos EUA em uma base do Corpo de Fuzileiros Navais em Oahu, Havaí, com o objetivo de demonstrar o poder das ondas para as bases da Marinha em todo o mundo. A OPT recentemente recebeu um contrato para um projeto de demonstração na Escócia. A partir deste ano, o PB150 PowerBuoy é o maior e mais poderoso dispositivo de energia das ondas projetado pela OPT até hoje com uma potência nominal de pico de 150 quilowatts (modelo anterior trabalhava com 40 kW) – equivalente ao consumo de energia de aproximadamente 150 residências.

O desenvolvimento do dispositivo, construído e montado em Invergordon, na Escócia, utilizou as habilidades de empresas locais e representa um investimento de vários milhões de libras esterlinas na região. Atualmente, está sendo preparado para testes oceânicos em um local a aproximadamente 33 milhas náuticas de Invergordon, na costa nordeste da Escócia.

Os testes oceânicos na Escócia foram totalmente consentidos pelo governo escocês. Além disso, a Marine Scotland, a direção do governo escocês responsável pela regulamentação dos assuntos marinhos e das pescas, consultou muitas partes interessadas e grupos de partes interessadas que abrangem áreas como a fauna local, transporte marítimo, petróleo e gás e interesses pesqueiros.

O PowerBuoy da OPT tem um perfil visual baixo, pois a maior parte da estrutura está submersa e foi projetada para ter um impacto ambiental mínimo. A Companhia tem experiência considerável com desempenho oceânico de suas PowerBuoys, incluindo seu sistema PB40 que opera em Oahu, Havaí, desde dezembro de 2009 e foi posteriormente conectado à rede. Esse sistema foi desenvolvido sob um projeto de vários anos para a Marinha dos EUA e o PowerBuoy passou por uma extensa avaliação ambiental independente. Isso resultou em um Finding of No Significant Impact (FONSI) – o mais alto nível de classificação de avaliação ambiental nos EUA.

PB3 PowerBuoy da OPT

Ele armazena energia em baterias integradas para que ainda possa fornecer energia contínua durante períodos de baixa geração. O modelo  PB3 PowerBuoy da OPT pode atuar como uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS), que se recarrega usando da energia das ondas dos oceanos. Ele é ancorado e flutua, operando entre 20 metros e até 3.000 metros de profundidade.

O PB3 PowerBuoy tem 3 partes principais; a boia, a longarina e a amarração.

A boia é a parte da boia que fica na superfície da água, geralmente é de uma cor brilhante como amarelo, vermelho ou laranja.

A longarina é a grande seção cilíndrica da boia localizada sob a superfície da água. Na parte inferior da longarina há uma grande placa pesada que impede a longarina de se mover com as ondas. O flutuador pode mover-se livremente para cima e para baixo na longarina.

A amarração é o que ancora a boia no lugar. A amarração se conecta à longarina através de uma série de cabos e repousa sob a superfície da água. Cada PB3 PowerBuoy pode ter de 1 a 3 amarrações que podem ser ajustadas para descansar em diferentes profundidades dependendo das condições e necessidades do PB3 PowerBuoy específico.

Visão geral do PB3 PowerBuoy da OPT. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

A conversão da energia das ondas em energia elétrica é realizada através de um gerador de acionamento direto que carrega continuamente uma bateria embarcada (Sistema de Armazenamento de Energia).

O PB3 PowerBuoy usa o movimento relativo entre o flutuador e a longarina para gerar eletricidade. À medida que as ondas movem o flutuador para cima e para baixo na longarina, a longarina permanece estacionária devido à placa pesada na parte inferior. À medida que o flutuador se move para cima e para baixo, uma grande haste de pressão conectada ao topo do flutuador é empurrada para baixo na longarina.

Movimento do flutuador para cima e para baixo. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

O movimento linear da haste é transformado em potência através da tomada de força (PTO). A tomada de força é o sistema dentro da longarina que contém as máquinas e dispositivos que transformam o movimento linear em eletricidade. Primeiro, um atuador transforma o movimento linear em movimento rotacional.

Tomada de Força do PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

O movimento rotacional é usado para alimentar um gerador que produz corrente alternada (CA). A alimentação CA alternará periodicamente as direções, o que dificulta o gerenciamento em uma bateria. A energia CA passa por um sistema de gerenciamento de energia e é transformada em energia de corrente contínua (CC), energia que flui em uma direção e a energia mais comumente usada em baterias. A energia CC é então armazenada dentro do Sistema de Armazenamento de Energia (ESS).

Alimentação do gerador. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Um cabo transfere eletricidade do ESS para uma Subestação Submarina que atua como um hub para um grupo de PowerBuoys PB3. A Subestação recebe a energia de um grupo de PowerBuoy e a envia para a costa ou para uma carga separada por meio de um cabo longo. O PB3 PowerBuoy foi projetado para manter parte da energia armazenada no ESS em todos os momentos, para que durante um período calmo sem ondas, a boia possa fornecer energia contínua usando a energia armazenada.

Cápsula de subestação subaquática. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Bateria Submarina

A bateria submarina é uma bateria ecologicamente consciente e economicamente eficiente, lançada em agosto de 2020 e projetada para alimentar cargas úteis submarinas e pode ser integrada ao PB3 PowerBuoy e ao Hybrid PowerBuoy. No entanto, também pode ser utilizado sozinho ou configurado para ser compatível com outras fontes de energia.

Bateria Submarina. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Bateria Submarina acoplada ao PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

A bateria submarina OPT é uma maneira econômica e confiável de alimentar cargas úteis submarinas com energia armazenada em baterias de fosfato de ferro-lítio (LiFeP04) de alta capacidade, manutenção zero e ecologicamente corretas (sem metais pesados). O vaso de pressão todo em aço é projetado de acordo com os padrões ASME para uma vida útil de 10 anos e tem capacidade nominal total de 132 kWh com potência de pico de até 15 kW.

As baterias LiFeP04 têm taxas de auto descarga extremamente baixas no modo de espera, armazenamento ou transporte, em comparação com outras químicas. Os sistemas de controle e gerenciamento de bateria proprietários e altamente eficientes da OPT maximizam ainda mais a quantidade de energia disponível para cargas úteis, permitindo que a bateria permaneça em um estado ativo por mais tempo do que os projetos de bateria convencionais.

Em condições normais de operação, a solução de bateria submarina suporta milhares de ciclos de carga/descarga. Projetada para integração com os produtos PB3 PowerBuoy® e Hybrid PowerBuoy® da OPT, a solução de bateria submarina também pode ser utilizada como fonte de energia independente ou pode ser configurada para recarga por outras fontes.

Componentes da Bateria Submarina acoplada ao PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Utilidades dos equipamentos PB3 PowerBuoy da OPT

Funcionalidades do PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Defesa e Segurança através do PowerBuoy

A capacidade do PowerBuoy de se alimentar constantemente, passar longos períodos com manutenção e recursos de vigilância/comunicação o tornam um forte ativo para organizações com foco em defesa e segurança. As PowerBuoys podem ser colocadas em áreas remotas do outro lado do oceano e fornecer informações contínuas às instalações em terra. Isso os torna ideais para monitorar seções remotas do oceano em busca de atividades ilegais, como tráfico humano e de drogas. As organizações que utilizam PowerBuoys podem obter atualizações contínuas sobre os barcos que entram em áreas oceânicas onde as PowerBuoys estão monitorando.

 A vigilância marítima, o conhecimento do domínio e a segurança das fronteiras costeiras representam um desafio assustador, considerando as vastas áreas a serem monitoradas, as limitações de acesso relacionadas ao clima e a quantidade considerável de mão de obra necessárias.

Sistema de monitoramento por zonas do PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Sistema de monitoramento de barcos de pescas por zonas. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

Sistema de monitoramento de localização do PowerBuoy. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

No entanto, a importância de eliminar atividades ilegais, como tráfico de seres humanos, narcóticos e travessias ilegais de fronteira, está aumentando devido às consequências graves e negativas que esses problemas infligem às economias, à segurança e ao bem-estar nacional geral dos países afetados. A  plataforma de energia e dados offshore PowerBuoy pode suportar vários sensores e equipamentos de comunicação para permitir uma abordagem autônoma de monitoramento e detecção para fornecer dados em tempo real, processamento e recursos de transmissão de dados críticos para inteligência acionável.

Sistema de defesa network do PowerBuoy. Fonte: https://oceanpowertechnologies.com/industries/defense-and-security/

Defesa e Segurança através do WAM-V ou Cave Adaptei Modular Vesse

Por meio da subsidiária Marine Advanced Robotics, a OPT oferece o WAM-V ou Cave Adaptei Modular Vesse, uma classe inovadora de veículos autônomos de superfície (ASVs) que usa um sistema de suspensão articulada para minimizar a carga estrutural.

WAM-V ou Cave Adaptei Modular Vesse. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/

A estabilidade da plataforma WAM-V produz uma qualidade consistente de dados do sensor em condições de mar variadas. Os ASVs WAM-V podem ser usados ​​como multiplicadores de força para ativos tripulados existentes ou como o único fornecedor de dados de sonar multi-beam echo sounder (MBES) em poços de mineração, canais portuários, canais de navegação e levantamentos costeiros de cabos de fibra óptica. Os ASVs WAM-V também podem ser equipados com várias soluções de sensores (fixos ou rebocados) para levantamentos de infraestrutura marítima e para desobstrução e dragagem de berços, entre outras aplicações.

Os ASVs WAM-V podem fornecer a plataforma ideal para autonomia marítima multidomínio (ar, mar e submarino) para uma variedade de missões de defesa e segurança, incluindo reconhecimento de domínio marítimo, proteção de ativos de alto valor, perímetros de segurança, contramedidas de minas (MCM), missões antissubmarino e segurança de fronteiras.

Ciência e Pesquisa

 As PowerBuoys fornecem uma maneira econômica e ecológica para que pesquisas sejam feitas em áreas remotas do oceano. PowerBuoys fornecem energia para máquinas e dispositivos usados ​​por cientistas e pesquisadores para entender as mudanças climáticas, ecossistemas, padrões climáticos e muito mais. O baixo custo operacional das PowerBuoys, além de não precisarem de manutenção consistente, a tornam ideal para operações mais longas.

 Petróleo e Gás Offshore

À medida que a eletrificação cresce na indústria offshore de petróleo e gás, aumenta a necessidade de fontes de energia autônomas e de zero ou baixo carbono, especialmente à medida que as atividades de exploração de energia marítima migram para mais longe da costa e para águas mais profundas.

Os empreendimentos offshore de petróleo e gás podem estar situados em alguns dos climas de ondas mais energéticos do mundo, dando à indústria a oportunidade de descarbonizar alguns aspectos das operações, obtendo energia renovável do ambiente de implantação.

A tecnologia de geração de energia elétrica baseada em ondas oceânicas renováveis ​​da OPT oferece ao mercado de petróleo e gás soluções potenciais que podem reduzir os custos operacionais do projeto (OPEX) e os custos de capital (CAPEX), ajudando a tornar os campos atuais que oferecem baixos retornos comerciais mais atraentes para o desenvolvimento.

Tecnologias de Petróleo e Gás Offshore. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/industries/offshore-oil-and-gas/

A tecnologia OPT oferece às operadoras a possibilidade de uma plataforma de comunicação e energia econômica, segura, confiável e persistente, com potencial para reduzir os custos operacionais e melhorar o desempenho geral da produção. Especificamente, onde o desenvolvimento tradicionalmente exigiria sistemas de fornecimento de energia de custo proibitivo, a tecnologia OPT pode fornecer uma solução econômica.

Comunicação

As PowerBuoys expandem as redes de comunicação usando seus sistemas integrados de vigilância e comunicação. Como podem ser colocados em áreas offshore remotas e se auto alimentarem, os Powerbuoys podem ser usados ​​como uma plataforma de comunicação estável que pode expandir as redes já existentes. Isso permite que usuários e organizações expandam seu alcance para usos comerciais e recreativos.

Identificação de barcos de pesca e comunicação com o centro de controle. Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/industries/offshore-oil-and-gas/

Bibliografia do artigo: Fonte: OPT https://oceanpowertechnologies.com/industries/offshore-oil-and-gas/. Acesso em 17/04/2022



Frank Toshioka é Mestre em Desenv. de Tecnologia, Engenheiro Eletricista e Cientista de Dados - Especialista em Medições SMF, ADMS, SCADA, Hemera CAS, Copel, SCDE CCEE, SAMUST ONS. Gerente de Projetos de P&D - temas Blockchain, GD e Eletromobilidade. Frank Toshioka é Mestre (Stricto Sensu) em Desenvolvimento em Tecnologia pelo Lactec (2017) - Dissertação: Previsão de preço semanal de energia elétrica com dados com limites de saturação através de redes neurais artificiais e Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Santa Catarina (2004). Também é Escritor com 3 livros já publicados. Atualmente é Engenheiro Eletricista da Copel Distribuição, tendo experiência nas seguintes áreas: 1) Mercado e Comercialização Copel Distribuição (01/06/2014 até a presente data) a) Gestão de migração de consumidores do Ambiente de Contratação Regulado (ACR) para o Ambiente de Contratação Livre (ACL) e Apuração da carga Copel Distribuição (base CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica) b) Gestão do processo MUST - Montante de Uso do Sistema de Transmissão junto ao ON; c) Representante da Copel Distribuição de vários processos da CCEE (Ajustes de medições de fronteira, modelagens, Topologia da carga da Copel Distribuição, Medição Física e Contábil). d) Automações de sistemas envolvendo Gestão de Ajustes de Medições e 2) Gerente de Projetos P&D ANEEL nos temas de Inteligência Artificial na Previsão de Preços de Energia, Gestão de Energia pelo lado da demanda na Mobilidade Elétrica e Marketplace Descentralizado para Comercialização de Energia Elétrica baseado em Blockchain.3) Manutenção dos Sistemas da Copel Distribuição: a) 01/06/2012 a 31/10/2013 - Manutenção de Redes de Distribuição Gerenciamento de manutenção preditiva, preventiva e corretiva de redes de distribuição aérea convencional e compacta; b) 01/11/2013 a 31/05/2014 - Supervisão de inspeção preventiva e preditiva de redes de distribuição aérea: Acompanhar o desempenho dos índices de controle e continuidade (DEC/FEC) da manutenção do sistema de distribuição da macrorregião de Maringá; 4) Projetos, Fiscalização de Obras da Copel Distribuição (12/08/11 a 31/05/2012) - Elaboração de Projetos de rede aérea convencional e compacta; Fiscalização de Projetos de rede aérea e subterrânea, obras de saídas de Subestações e obras de Subestações Móveis; Participação de grupos de trabalho envolvendo redes subterrâneas. 5) Outras atividades: Mentor de Modelo de Negócios junto a Startups; Conselheiro Suplente do Crea-PR - Câmara de Engenharia Elétrica desde 2019. Livros já publicados: em 10/06/19 - A produção do conhecimento na engenharia elétrica, da Atena Editora - Capítulo Sistema gestor de ajustes de medições de fronteira Copel Distribuição.

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