Potencial energético das ondas no litoral paranaense

Abstract

Resumo: Este trabalho avaliou a viabilidade do aproveitamento energético das ondas no litoral do Paraná, combinando modelagem numérica e uma análise econômica preliminar. Para estimar o potencial ondulatório e sua variabilidade espaço-temporal, foi utilizado o módulo TOMAWAC, forçado por condições de contorno derivadas do reanálise ERA5, considerando o ano de 2014. A confiabilidade do modelo foi verificada por meio de calibração/validação com dados observacionais da boia PR-1 (SiMCosta), comparando séries de altura significativa (Hs), período de pico (Tp) e direção de pico (Dp) por análises gráficas e métricas estatísticas. Os resultados indicaram que o modelo reproduz de forma consistente o comportamento geral do clima de ondas na área de estudo, caracterizado por regime fortemente direcional, com predominância de incidência no quadrante Leste (principalmente entre E e SE). As métricas estatísticas apontaram erros moderados para Hs (RMSE = 0,704 m; MAE = 0,636 m) e maiores para Tp (RMSE = 2,072 s; MAE = 1,269 s), além de concordância satisfatória para Dp (RMSE=17,2?; MAE=12,2?;ER=6,8%).Omapeamentoespacial evidenciou aumento gradual de Hs e da potência das ondas no sentido costa-mar aberto, associado à maior profundidade e exposição ao swell de sul/sudeste. Três pontos de interesse foram analisados (Matinhos, Praia de Leste e Ilha do Mel), sendo a Praia de Leste o sítio mais energético e variável, com potência média anual de 3,57 kWm-1, desvio-padrão de 3,42 kWm-1 e pico máximo de 40,846 kWm-1. Observou-se sazonalidade marcada do recurso (MV = 0,81), com máximos no outono-inverno (pico em agosto) e mínimos no verão (janeiro), implicando diferentes condições de operação e manutenção ao longo do ano. Aconversão do recurso ematendimento elétrico foi estimada para dois conversores representativos, Eco Wave Power (EWP) e CETO-6, em cenários realista e otimista, mostrando que o atendimento mensal em unidades consumidoras é condicionado principalmente pela potência nominal e pela saturação da potência de saída. Por f im, foi realizada uma análise econômico-energética preliminar via custo nivelado de energia (LCOE) com hipóteses paramétricas, permitindo comparar cenários e identificar sensibilidades a custos e financiamento. Apesar das limitações associadas ao uso de uma série anual única e à simplificação das etapas de conversão e custos (sem incorporar disponibilidade, perdas adicionais e orçamentos), os resultados sustentam a hipótese de que o litoral paranaense dispõe de recurso ondulatório compatível com aplicações de pequena a média escala, especialmente quando se considera infraestrutura costeira existente e dimensionamento tecnológico ajustado ao regime local

Abstract: This study assessed the feasibility of wave energy exploitation along the coast of Paraná State, combining numerical modelling and a preliminary economic analysis. To estimate the wave energy potential and its spatio-temporal variability, the TOMAWAC module was used, forced by boundary conditions derived from the ERA5 reanalysis, considering the year 2014. Model reliability was evaluated through calibration/validation against observational data from the PR-1 buoy (SiMCosta), comparing time series of significant wave height (Hs), peak period (Tp), and peak direction (Dp) using graphical analyses and statistical performance metrics. The results indicate that the model consistently reproduces the overall wave-climate behaviour in the study area, which is characterized by a strongly directional regime, with predominant incidence from the eastern sector (mainly between E and SE). The statistical metrics show moderate errors for Hs (RMSE = 0,704 m; MAE = 0,636 m) and larger errors for Tp (RMSE = 2,072 s; MAE = 1,269 s), as well as satisfactory agreement for Dp (RMSE = 17,2?; MAE = 12,2?; ER = 6,8%). Spatial mapping revealed a gradual increase in Hs and wave power from nearshore to offshore, associated with greater depth and exposure to S–SE swell. Three sites of interest were analysed (Matinhos, Praia de Leste, and Ilha do Mel), with Praia de Leste being the most energetic and variable site, presenting an annual mean wave power of 3,57 kWm-1, a standard deviation of 3,42 kWm-1, and a maximum peak of 40,846 kWm-1. A marked seasonality of the resource was observed (MV = 0,81), with maxima in autumn–winter (peak in August) and minima in summer (January), implying different operational and maintenance conditions throughout the year. Resource-to-electricity conversion was estimated for two representative converters, Eco Wave Power (EWP) and CETO-6, under realistic and optimistic scenarios, showing that the monthly supply in residential consumer units is mainly constrained by the device rated power and by saturation of the electrical output. Finally, a preliminary techno-economic assessment was conducted through the levelized cost of energy (LCOE) using parametric assumptions, enabling scenario comparisons and the identification of sensitivities to costs and financing. Despite limitations associated with the use of a single-year record and simplifications in the conversion and cost stages (without incorporating availability, additional losses, and site-specific budgets), the results support the hypothesis that the Paraná coast has a wave resource compatible with small- to medium-scale applications, especially when existing coastal infrastructure is leveraged and technology sizing is adapted to the local wave regime