A maré está mudando a favor da força das marés?

© Jinyoung Lee

O governo do Reino Unido estima que a energia das marés pode atender cerca de 20% de nossas demandas de eletricidade, uma quantidade que pode mudar a dinâmica da energia

Isso equivale a uma capacidade instalada de cerca de 30 a 50 gigawatts, entregando na região de 90 a 200 terawatts-hora por ano. Dado que o Reino Unido é totalmente rodeado de água, temos os recursos naturais disponíveis para o conseguir e muito mais.

A Crown Estate pesquisou e mapeou as áreas costeiras do Reino Unido, identificando os locais mais vantajosos para turbinas de maré, conforme detalhado na imagem abaixo:

força das marés, governo do Reino Unido

A energia das marés funciona de maneira semelhante à energia eólica. As turbinas de maré são posicionadas debaixo d’água e quando a maré muda, as pás da turbina giram, produzindo eletricidade. No entanto, ao contrário da energia solar e eólica, a energia das marés não depende do clima e porque é determinada pela Lua, tornando-a previsível e confiável, mas até agora a captação da energia das marés tem sido muito lenta porque tem custos iniciais extremamente altos.

O desafio do desenvolvimento é entregar desempenho superior, permitindo que esse custo seja recuperado mais rapidamente, ou reduzir o custo inicial. Todos os projetos atuais seguem um caminho muito semelhante, o que reduz as chances de um avanço em termos de redução de custos por qualquer margem significativa, mas isso pode ser sobre a mudança.

Um engenheiro sênior de projeto aerodinâmico da Boeing, Andrew McCamley, que passou vários anos desenvolvendo e testando um projeto exclusivo de turbina eólica, foi capaz de adaptar seu projeto de turbina eólica de eixo vertical (VAWT) para uso subaquático.

McCamley usou sua experiência e conhecimento de aerodinâmica avançada e ciência de materiais de avião incorporada para influenciar seu projeto VAWT, que foi extensivamente testado e modificado nos estágios iniciais de teste nas instalações de teste do túnel de vento da Boeing na Alemanha, que é usado para auxiliar no projeto de aeronaves comerciais e militares.

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Isso resultou em algumas vantagens únicas e distintas sobre as turbinas eólicas tradicionais. Considerando que as turbinas eólicas comerciais precisam de energia para iniciar, independentemente da força do vento e também desligam quando o vento fica muito forte, para evitar uma falha catastrófica, o McCamley VAWT dá partida em ventos muito baixos e pode continuar a operar em ventos muito fortes com não é necessário desligar ou freios. Outra vantagem significativa sobre as turbinas eólicas tradicionais é o McCamley VAWT, sendo de design circular, opera independentemente da direção do vento.

Outras vantagens do McCamley VAWT são que eles são silenciosos em operação, são amigáveis ​​para pássaros e morcegos e não têm vibração. Embora essas vantagens sejam relevantes na área de energia eólica, elas não o são quando operando debaixo d’água.

Há também uma característica de design que se destaca no McCamley VAWT, que o torna único. Todas as turbinas eólicas são limitadas por uma lei da física conhecida como Lei Betz. De acordo com a lei de Betz, nenhuma turbina pode capturar mais de 16/27 (59,3%) da energia cinética do vento. No entanto, o projeto da turbina McCamley incorpora um “estator”, que em termos simples, é um funil que direciona o vento para as pás de fora de sua faixa normal. As melhores turbinas eólicas comercialmente disponíveis no mercado atual atingem no pico 75-80% da Lei Betz, enquanto a turbina McCamley atinge mais de 107% da Lei Betz.

força das marés, governo do Reino Unido

O estator permite que o projeto McCamley ultrapasse os limites estabelecidos pela Lei Betz, tornando-o a turbina eólica mais eficiente já desenvolvida. Quando se considera que o ar tem uma densidade de cerca de 1,2 g por litro e a água tem uma densidade de cerca de 1 kg por litro, as vantagens do projeto são ampliadas ainda mais quando usado em água.

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Os primeiros testes da turbina de água McCamley forneceram resultados de produção de energia igualmente impressionantes. O projeto de McCamley, como no setor eólico, oferece muito mais em termos de eficiência, superando em muito o desempenho de outros projetos de turbinas de água disponíveis atualmente.

O design de McCamley também tem algumas outras vantagens distintas sobre seus concorrentes. A bioincrustação ocorre quando plantas e animais se ligam a construções subaquáticas, como frequentemente visto no casco de navios. No entanto, a bioincrustação também altera a hidrodinâmica das turbinas de maré submersas, apresentando um problema de produtividade.

Organismos de bioincrustação aderem à superfície das lâminas da turbina, tornando-as mais ásperas, o que aumenta as perdas devido ao atrito e, portanto, reduz a eficiência da turbina. Isso, por sua vez, diminuirá o desempenho e o tornará menos econômico. No entanto, o design de McCamley não é feito de aço, pois adota a ciência dos materiais de aeronaves e usa fibra de vidro revestida com polímero. Isso reduz a bioincrustação a praticamente zero. Os materiais usados ​​também têm uma vida útil significativamente mais longa, pois não são suscetíveis à ferrugem.

A principal vantagem, no entanto, que supera a maior desvantagem atual para o setor de energia das marés, é a redução significativa nos custos iniciais. A turbina hidráulica McCamley custa apenas cerca de 30% das alternativas de melhor preço. O custo para a relação de saída de energia está, portanto, em uma categoria à parte e representa a tecnologia mais bem posicionada para virar a maré, impulsionando a energia das marés para a vanguarda da produção de energia renovável no Reino Unido.

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