Energy from the Sea: Computational Modeling of an Overtopping Device

Abstract

This work presents a brief study about the wave energy as well as a computational modeling of an overtopping device. The numerical simulation was performed with the FLUE T® Computational Fluid Dynamic software code, employing the multiphase Volume of Fluid (VOF) model. The obtained results showed a satisfactory agreement between the numerical and analytical solutions, being the maximum difference calculated for the wave generation of approximated 4.6%. It was also observed that the knowledge of the wave height and an adequate ramp design are factors that determine the overtopping occurrence.Keywords-wave energy; overtopping device; Volume of Fluid (VOF) model I. INTRODUCÃODesde o inicio da vida em sociedade, o homem procura fontes de energia que possam ser geradas continuamente, ou armazenadas para serem consumidas nos momentos de necessidade. Contudo, as fontes de energia da natureza estão se esgotando e sua exploração excessiva está gerando desequilíbrios ambientais muito graves. Percebe-se também em [1], que os combustíveis fósseis ainda configuram como a principal fonte de energia utilizada na atualidade, mesmo sendo recursos não-renováveis e sua queima altamente poluente. Essa realidade coloca então em foco a necessidade de investir em fontes renováveis de energia, que garantam sua oferta, sem que ocorram crises energéticas.A mudança é algo que se torna imprescindível para que a espécie humana possa sobreviver e quanto mais cedo isso for percebido, melhores serão as chances de serem superadas as dificuldades que o planeta vem enfrentando. Como os oceanos possuem um enorme potencial energético, cerca de 10 TW (sendo aproximadamente 2 TW atribuído a energia das ondas), comparável ao consumo total de eletricidade do planeta [2], seu aproveitamento pode realmente contribuir de forma significativa para as necessidades crescentes de energia elétrica.Nesse contexto, observa-se que o Brasil, país de extensa área litorânea (em torno de 8500 km), possui uma boa localização geográfica para o aproveitamento da energia das ondas do mar [3]. De acordo com [4] o sul do país é um dos melhores pontos para a instalação de uma usina de ondas. Nesse local uma estimativa sobre os dados de ondas medidos ao largo da costa, pelos altímetros do satélite TOPEX/Poseidon, indicou que a potência média anual, obtida na zona de maior latitude, entre Porto Alegre e Rio Grande, seria em torno de 33 KW/m.Os dispositivos para a conversão da energia das ondas do mar em energia elétrica podem ser classificados tanto pela sua localização como pelo seu princípio de funcionamento, da seguinte forma: A.Classificação de acordo com a localização Em relação à profundidade, os dispositivos podem ser classificados em:1) Dispositivos costeiros (Onshore): aqueles que possuem acesso por terra, também conhecidos como dispositivos de primeira geração;2) Dispositivos Próximos da Costa ( earshore): instalados em profundidades de até 20 m, também conhecidos como dispositivos de segunda geração;3) Dispositivos Afastados da Costa (Offshore): instalados em profund...

Sensitivity Analysis and Optimal Design of a Linear Magnetic Gear for Direct-Drive Wave Energy Conversion

“…where v s , v r are the linear velocities of the field modulation segment and the PM, respectively. The transmission ratio of the linear magnetic gear can be obtained from equations (1)- (4). It should be indicated that, when discussing the harmonic pole-pair number of a magnetic field, there are only two cases to consider: 1) k = 0, when there is no field modulation segment and there is no magnetic field modulation effect.…”

“…There are different methods to harness the wave energy, such as oscillating water column (OWC) [1]- [3] and the overtopping [4], [5] systems. Most of these methods employ rotating electrical machines to transform the kinetic energy of waves into the electrical energy.…”