Energia das ondas

Fique em pé numa costa virada para oeste no inverno e você pode sentir isso pelos seus pés: a cada poucos segundos, uma parede de água que viajou por um oceano chega e se rompe. As ondas são produzidas pelo vento que sopra sobre milhares de quilómetros de mar aberto, por isso são uma forma concentrada e retardada de energia eólica. Eles continuam chegando depois que o vento caiu, tanto à noite quanto durante o dia, e mais fortemente no inverno, exatamente quando os painéis solares fazem menos.

Essa é a promessa, e é real. Esta página, escrita com a mesma honestidade que nossa pesquisa do Fan Wall, é sobre por que essa promessa tem sido tão difícil de cumprir. A versão curta: **a física funciona e o recurso é grande, mas uma máquina de ondas deve colher mares comuns enquanto sobrevive a tempestades que carregam cinquenta vezes mais poder. Após meio século e muitas empresas falidas, a energia das ondas continua várias vezes mais cara que a solar, sem um projeto vencedor ainda. Pode ganhar primeiro onde a energia é cara e o mar é o único vizinho. **

O que é

Um conversor de energia das ondas é qualquer máquina que converte o movimento das ondas em eletricidade. Ao contrário do vento, onde um projeto (a turbina de três pás) ganhou, a energia das ondas ainda tem centenas de ideias concorrentes. Eles se enquadram em algumas famílias:

• Absorvedores de ponto: bóias que balançam para cima e para baixo e puxam contra uma âncora ou um flutuador pesado. O C4 da CorPower é um deles.
• Atenuadores: longas cadeias de flutuadores em forma de serpente, localizadas ao longo da direção das ondas, dobrando-se nas juntas. Pelamis foi o famoso exemplo.
• Conversores de onda oscilante: abas articuladas no fundo do mar perto da costa que balançam para frente e para trás. O Aquamarine Power’s Oyster foi um deles.
• Colunas de água oscilantes: câmaras abertas para o mar abaixo da linha de flutuação. As ondas empurram a água para cima e para baixo, o que empurra o ar para dentro e para fora através de uma turbina. Mutriku, na Espanha, tem dezesseis deles construídos em um muro do porto.
• Dispositivos de sobreposição: rampas que deixam as ondas fluírem para uma bacia elevada, em seguida, drenam a água de volta através de turbinas de baixa cabeça.


Como funciona?

Energia em uma onda. A energia de uma onda é armazenada parcialmente como água levantada acima do nível médio do mar e parcialmente como o movimento da água. Para um mar irregular descrito pela sua altura significativa de onda H (aproximadamente a altura média do terço mais alto das ondas), a energia por metro quadrado da superfície do mar é E = ρ g H² / 16, onde ρ é a densidade da água do mar e g a gravidade. Dobrar a altura da onda quadruplica a energia.

Potência, o número que importa. A energia das ondas viaja, na velocidade de grupo g T / 4π em águas profundas, onde T é o período da onda. Multiplique a energia pela velocidade e a potência que chega ao longo de cada metro da frente de onda é P = ρ g² H² T / 64π, que funciona como cerca de 0,49 × H² × T quilowatts por metro. Um mar de 2,5 m com um período de 9 s transporta cerca de 28 kW por cada metro de costa: durante um ano, a electricidade de dezenas de casas por metro, se toda ela pudesse ser captada. O explicador acima permite que você experimente outros mares.

O que a água faz. Em águas profundas, a água em uma onda não viaja com ela: cada partícula se move em um círculo e retorna quase para onde começou. Os círculos encolhem rapidamente com a profundidade; meio comprimento de onda para baixo, o movimento é apenas cerca de 4% daquele na superfície. Ondas de águas profundas são longas: o comprimento de onda é cerca de 1.56 × T² metros, então uma onda de 9 s tem 126 m de crista a crista. É por isso que a maior parte da energia das ondas está perto da superfície e é por isso que as máquinas flutuam ou ficam em águas rasas.

Para absorver uma onda, faça uma onda. Uma máquina de onda toma energia movendo-se de uma forma que cancela parte da onda entrante. Para uma bóia flutuante que só se move para cima e para baixo, isso estabelece um limite famoso: por mais grande que seja, não pode capturar mais do que a potência chegando em uma largura de λ / 2π, um comprimento de onda dividido por 2π, cerca de 20 m para uma onda de 9 s (Falnes, 2002). Para alcançar esse nível, o movimento da bóia precisa acompanhar as ondas, e é por isso que os sistemas de controle que sintonizam uma máquina para cada onda passando são tão importantes. Na prática, as máquinas medidas e modeladas capturam tipicamente entre um décimo e um terço da potência que chega através de sua própria largura (Além do Amor, 2015).

Forças lentas e enormes. Uma onda empurra com uma força enorme, mas se move lentamente, um metro ou dois a cada poucos segundos. Os geradores preferem o movimento rápido, delicado, assim que cada máquina da onda precisa um tomada de força que converte um no outro: rams e motores hidráulicos, turbinas a ar, geradores lineares de acionamento direto ou caixas de engrenagens mecânicas. Grande parte da engenharia, e grande parte do fracasso, acontece aqui.

Os limites: teóricos e práticos

O recurso. Em média, no planeta, cerca de 2,1 TW de energia das ondas atingem as costas do mundo, da mesma ordem que o uso médio mundial de eletricidade de cerca de 3,4 TW (Gunn e Stock-Williams, 2012). Apenas uma fração pode ser capturada: as máquinas não podem alinhar todas as costas, a energia é perdida quando as ondas atingem águas rasas e grande parte do recurso está em oceanos remotos do sul. As costas mais ricas enfrentam os ventos ocidentais prevalecentes entre cerca de 40 e 60 graus de latitude: Irlanda, Escócia, Portugal, Chile, sul da Austrália, Nova Zelândia, Pacífico noroeste dos Estados Unidos. Mares fechados, como o Mediterrâneo, recebem apenas alguns quilowatts por metro.

O problema da tempestade. O botão de tempestade do explicador torna a dificuldade central visível. Uma máquina é projetada para fazer a maior parte de seu dinheiro em mares de 1 a 4 m, mas deve sobreviver a mares de 10 a 15 m, transportando cinquenta ou mais vezes a potência e ondas únicas ainda maiores. Projetar uma estrutura para a tempestade torna-a pesada e cara; projetá-la para o mar médio torna-a frágil. As turbinas eólicas resolvem isso girando suas pás para fora do vento. Uma máquina de ondas não pode sair do mar.

Cansaço. Com um período de 8 segundos, uma máquina encontra-se sobre quatro milhões de ondas por ano, cada um dobrando, empurrando e torcendo suas juntas, selos e amarrações. Ao longo de vinte anos, isso é cerca de oitenta milhões de ciclos de carga em água salgada.

Acesso e amarrações. Como toda a energia marinha, as máquinas de ondas só podem ser instaladas e reparadas em tempo calmo, e elas ficam precisamente onde o tempo é pior. As amarrações devem segurar um corpo em movimento em mares quebrados sem se encaixar ou arrastar.

Projetos reais, medidos

Projeto	Onde	Tipo e tamanho	O que aconteceu
Pelamis	Aguçadoura, Portugal, depois EMEC, Orkney	Atenuador, 750 kW, 120 a 180 m de comprimento	O primeiro parque de ondas multi-máquina: três máquinas, 2,25 MW, começou a exportar em julho de 2008 e estavam offline em novembro de 2008 quando o proprietário do projeto teve problemas financeiros.A máquina P2-001 completou mais de 15.000 horas de operação na EMEC. Pelamis Wave Power entrou em administração em novembro de 2014 (Pelamis).
Ostras	EMEC, Ilhas Orkney	Flap Nearshore, 315 kW e depois 800 kW	Primeira máquina instalada em 2009, a segunda geração testada de 2012 a 2015.Aquamarine Power chamou os administradores em outubro de 2015 (Aquamarine Power).
MutrikuCity in Spain	País basco, Espanha	16 colunas de água oscilantes em um quebra-mar portuário, 296 kW	Operating since July 2011. Over 3 GWh in total by the end of 2023; 266 MWh in 2023, a capacity factor of about 10%. Its Wells turbines convert about 30% of the air power into electricity. Cost €6.4 million (Mutriku; Tethys, PNNL).
O que é o Wave Hub?	Off Cornwall, Reino Unido	Tomada de teste conectada à rede para máquinas de até 20 MW	Instalada em 2010 com dinheiro público, até 2018 não havia eletricidade produzida lá; o local mais tarde se tornou um parque eólico flutuante (Wave Hub).
CorPower C4	Vila do Conde, Portugal	Bóia de absorção pontual, 300 kW nominal, 9 m de largura, 19 m de altura	Exportação desde outubro de 2023; sobreviveu a ondas de 18,5 m na tempestade Domingos em novembro de 2023; picos relatados de até 600 kW; certificação de tipo pela DNV em 2026.Está planejada uma pequena matriz de bóias adicionais no mesmo local (CorPower Ocean; CorPower, 2026).

O padrão é sóbrio. As máquinas mais conhecidas dos anos 2000, Pelamis e Oyster, ambas trabalhavam no mar, e ambas as empresas falharam antes de chegar a matrizes comerciais, em grande parte porque o próximo passo custaria mais do que os investidores arriscaram. A central mais antiga, a Mutriku, é minúscula e foi construída em um quebra-mar que era necessário de qualquer maneira. A geração mais nova, liderada por projetos como o CorPower, colocou a sobrevivência e o controle em primeiro lugar e só agora está se movendo de uma máquina para um primeiro pequeno array.

O que custa

Ainda não existe uma fazenda de ondas comercial, então cada valor de custo é uma estimativa a partir de protótipos e modelos.

Fonte	O que é	Preço
Mutriku, nosso cálculo a partir de números publicados	6,4 milhões de euros para 266 MWh em 2023, 20 anos a 7% reais, antes de quaisquer custos de funcionamento	mais de 2 € por kWh
Sistemas de Energia Oceânica (2015)	Arrays de segunda onda, média dos dados do desenvolvedor	$0.21 to $0,67 por kWh
Sistemas de Energia Oceânica (2015)	Primeiras fazendas de ondas em escala comercial: estimativas dos desenvolvedores / estudos de referência independentes	$0.12 to $0,28 / $0.28 to $0,48 por kWh
Sistemas de Energia Oceânica (2015)	Custo instalado dos primeiros arrays	$4,000 to $18,100 por kW
O nosso ponto de referência	Solar em telhado de um edifício, modelo Fan Wall; Lazard 2026 solar comercial e comunitário	$0.19 por kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (junho de 2026)	Utility solar novo / eólico onshore / eólico offshore	$0.04 to $0,10 / $0.04 to $0,10 / $0.11 to $0,17 por kWh

Mutriku não é um teste justo de custo; foi uma demonstração, com pequenas turbinas escolhidas por confiabilidade. Mas mostra o quão longe o hardware real está das estimativas do papel. A faixa honesta para um primeiro pequeno array hoje é aproximadamente $0.30 to $0,70 por kWh, duas a quatro vezes solar do telhado. Os próprios estudos da indústria dizem que as fazendas comerciais podem chegar a $0.12 to $0,28, se as máquinas sobreviverem, a disponibilidade for alta e os custos caírem com o volume. Nenhuma dessas condições ainda foi demonstrada no mar.

Onde pode ganhar, e onde não pode

Ele pode ganhar:

• No mar, onde não há rede. Sensores oceânicos, bóias de navegação, canas de aquicultura, veículos subaquáticos que precisam ser recarregados e plataformas offshore agora funcionam com baterias, diesel ou painéis solares que fazem pouco no inverno. Aqui uma máquina de ondas pequenas compete com energia cara, não com solar barato.
• Ilhas em costas energéticas, das Hébridas aos Açores e ao Pacífico, onde a energia já provém de gasóleo importado.
• Quebra-mar e diques a serem construídos de qualquer maneira, como em Mutriku, onde a estrutura já está paga.
• Junto com parques eólicos offshore, compartilhando cabos, conexões de rede e navios de manutenção, e produzindo quando o vento caiu mas a maré não.
• Como energia de inverno em altas latitudes, onde as ondas são mais fortes quando os painéis solares fazem menos.

Não pode vencer:

• Como eletricidade a granel barata, em qualquer lugar onde solar e parques eólicos podem ser construídos.
• Em costas abrigadas e mares fechados, onde o recurso médio é de alguns quilowatts por metro.
• Sem provar a sobrevivência primeiro. Um projeto que não passou por um inverno no mar ainda é um modelo, por mais bom que seu tanque resulte.

O que é comprovado, plausível e especulativo

Provado: a física da energia das ondas e do fluxo de potência; os limites de captura para corpos oscilantes; que máquinas de onda podem gerar eletricidade no mar e exportá-la para a rede; que uma coluna de água oscilante em um quebra-mar pode funcionar por mais de uma década (Mutriku); que o recurso é mais forte no inverno nas costas voltadas para o oeste em latitudes médias.

Plausivel: que novos métodos de controle e estruturas mais leves podem aumentar a captura e cortar o aço por quilowatt; que as bóias de absorção de pontos podem sobreviver a tempestades do tipo C4 da CorPower em 2023; que matrizes compartilhando amarrações e cabos podem reduzir custos; que os mercados de observação do oceano e aquicultura pagarão por pequenas máquinas antes que a rede faça.

Especulativo: energia das ondas à custa do vento offshore; um único projeto vencendo da maneira que a turbina de três pás ganhou para o vento; grandes arranjos de centenas de megawatts na próxima década.

Perguntas de pesquisa abertas

• Sobrevivência e controle juntos. Como ajustar uma máquina para capturar o máximo de ondas comuns enquanto a desafina com segurança em uma tempestade, de forma confiável, por vinte anos.
• Tomada de força. Conversão eficiente e duradoura de forças lentas e enormes: hidráulica, engrenagens magnéticas, geradores lineares, materiais flexíveis que são eles próprios geradores.
• Ancoragens e estrutura. Menos aço por quilowatt, e amarrações que não falham.
• Arrays. Como as máquinas se sombreiam ou ajudam umas às outras em grupos e como compartilham a infraestrutura.
• Convergência. Qual das famílias acima, se houver alguma, é fundamentalmente mais barata. Programas públicos de palco-porta tais como Wave Energy Brasil para responder a isso com dados compartilhados.
• Meio ambiente. Ruído subaquático, risco de emaranhamento para mamíferos marinhos em ancoradouros e efeitos sobre sedimentos costeiros quando grandes matrizes absorvem energia das ondas.

O que um protótipo funcional precisaria

A energia das ondas tem um caminho bem trilhado da ideia ao mar, precisamente porque tantas ideias falharam por ele. Os custos abaixo são nossas estimativas aproximadas para uma equipe pequena.

Estágio	Trabalho	O que prova	Custo aproximado	Tempo
1. Modelo numérico	Modelos de domínio de frequência e tempo da máquina em estados reais do mar (existem ferramentas abertas como WEC-Sim)	Capture a largura na teoria, cargas nas tempestades	$10k to $40k	2 a 4 meses
2. tanque da onda	Um modelo de 1:50 a 1:20 em uma bacia de ondas universitárias, ondas regulares e irregulares, depois ondas extremas, com uma tomada de potência simulada medida em instrumentos	Relação de largura de captura medida e cargas de sobrevivência	$30k to $150k	3 a 6 meses
3. ensaio no mar abrigado	Uma máquina de 1:4 a 1:10 em um local de berçário, como o Scapa Flow da EMEC ou BiMEP na Espanha, exportando para um banco de carga	Potência real, amarrações, manutenção, um inverno no mar	$0.5 million to $3 milhões	1 a 2 anos
4. escala completa	Uma máquina em um cais conectado à rede em alto mar	Dados de desempenho e sobrevivência bancários	$10 milhões e acima	há vários anos

O estágio 2 é onde um pitch começa a ser credível: um modelo em um tanque de onda com uma tomada de potência medida, mostrando tanto o que ele pega quanto o que sobrevive.

Quem precisamos

• Engenheiros oceânicos e hidrodinâmicos com experiência em interação e controle de estruturas de ondas.
• Instalações de tanques de ondas em universidades e laboratórios nacionais.
• Especialistas em tomadas de força: hidráulica, geradores lineares, engrenagem magnética.
• Engenheiros estruturais de ancoragem e offshore.
• Operações marítimas pessoas que instalaram e recuperaram equipamentos no mar.
• Ecologistas marinhos para monitoramento de ruído e emaranhamento.
• Usuários no mar: fazendas de peixes, observatórios oceânicos e serviços públicos das ilhas que comprariam as primeiras máquinas.

Tem uma ideia melhor?

Alguns membros da Fundação podem ter contatos que poderiam ouvir um pitch. Para ser lançada, uma ideia precisa de um um modelo de trabalho, da vida real que realmente produz energia, com sua saída medida em um instrumento, não reivindicado: um modelo em um tanque de onda com uma tomada de força registrada diz mais do que qualquer animação. Ideias em papel também são bem-vindas: se a física e os números forem sólidos, podemos publicá-las aqui no site. Mas levantar capital sem um modelo de trabalho é muito difícil, e nada aqui é uma promessa de financiamento, retornos ou introduções.

Envie sua ideia através do formulário de contribuição, escolhendo a Iniciativa Verde. Diga-nos para que ondas ele foi projetado, a largura de captura que você espera e por quê, como ele sobrevive a uma tempestade, um custo aproximado por kWh e o teste mais barato que poderia provar que está errado. A página fontes de energia compara a energia das ondas com onze outras ideias.

Fontes

1. Gunn, K. e Stock-Williams, C. (2012). Quantificando o recurso global de energia das ondas. Energia Renovável 44, 296-304.
2. FERREIRA, J. (2002). Onda Oceânica e Sistemas Oscilantes: Interações Lineares Incluindo Extração de Energia de Onda. Cambridge University Press.
3. Babarit, A. (2015). Um banco de dados da relação de largura de captura dos conversores de energia de onda. Energia Renovável 80, 610-628.
4. Sistemas de Energia Oceânica (2015). Custo internacional nivelado de energia para tecnologias de energia oceânica.
5. Potência das ondas, Wikipedia: a fórmula do fluxo de potência em águas profundas.
6. Pelamis Wave Energy Converter, Wikipédia.
7. Aquamarine Power, Wikipédia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, e Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, Tethys, Mutriku wave power plant.
9. Wave Hub, Wikipédia.
10. CorPower Ocean, Wikipedia, e CorPower Ocean (2026), primeira certificação DNV do mundo para tecnologia de energia das ondas.
11. Onda Energia Escócia. Biblioteca pública de relatórios do programa.
12. Lazard (junho de 2026). Custo de Energia Nivelado+, versão 19.
13. Local Solar System Fundação. The Fan Wall: modelo aberto e referência, energia solar em telhados por US$ 0,19 por kWh.