Curso Análise de Projeto de Energia Limpa

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1 Curso Análise de Projeto de Energia Limpa
Status das Tecnologias de Energia Limpa Curso Análise de Projeto de Energia Limpa Fazenda Eólica Casa Solar Passiva Foto cedida por: Nordex Gmbh Foto cedida por: McFadden, Pam DOE/NREL © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

2 Objetivo Disseminar a informação sobre as tecnologias em energias renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energética Mercados Aplicações típicas Geração de Eletricidade com Resíduos de Madeira Aquecimento Solar e Fotovoltaico da Água Foto cedida por: Warren Gretz, NREL PIX Foto cedida por: Vadim Belotserkovsky © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

3 Definições Eficiencia Energética Tecnologias de Energia Limpa
Utilizar menos recursos energéticos para atender a mesma demanda por energia Energia Renovável Utilizar recursos naturais não esgotáveis para atender às necessidades energéticas Demanda de Energia Convencional Eficiente Eficiente e Renovável Casa Solar Passiva Super Isolada Foto cedida por: Jerry Shaw © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

4 Motivos para Tecnologias de Energia Limpa
Ambientais Mudanças climáticas Poluição local Economicas Custos do ciclo de vida Esgotamento dos combustíveis fósseis Sociais Geração de empregos Redução das perdas de receitas locais Crescimento da demanda energética (x3 em 2050) Energia Eólica: Custo geração de eletricidade 40 30 Custo Eletricidade 20 10 1980 1990 2000 Anos Fonte: National Laboratory Directors Para o U.S. Department of Energy (1997) © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

5 Características comuns às Tecnologias de Energia Limpa
Em relação às tecnologias convencionais: Normalmente, custos iniciais mais altos Geralmente, menores custos operacionais Ambientalmente mais limpas Normalmente com bom retorno em relação ao ciclo de vida © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

6 Custo Total de um Sistema de Geração ou Consumo de Energia
 Custo de aquisição = Custo de aquisição + custo anual com combustível e O&M + custo com grandes manutenções + custo com desativação + custo financeiro + etc. © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

7 Tecnologias de Geração de Eletricidade à partir de Fontes Renováveis
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

8 Energia Eólica Tecnologia & Aplicações
Precisa de bons ventos (>4 10 m/s) Areas costeiras, montanhas curvas, planícies abertas Aplicações: Lâmina do rotor Vento Nascele com embreagem e Gerador Altura do rotor Vento Torre Rede Central Rede Isolada Fora da Rede Warren Gretz, NREL PIX Phil Owens, Nunavut Power Southwest Windpower, NREL PIX © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

9 Mercado de Energia Eólica
Instalação Anual de Turbinas Eólicas pelo Mundo 8.000 8.000 Capacidade mundial instalada (2003): MW 7.000 (~20,6 milhões kWh/casa/ano e 30% fator de capacidade) 7.000 Alemanha: MW 6.000 6.000 Espanha: MW 5.000 5.000 Estados Unidos: MW MW Dinamarca: MW 4.000 4.000 MW em 2007 (previsão) 3.000 3.000 2.000 2.000 1.000 1.000 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Fontes: Danish Wind Turbine Manufacturers Association, BTM Consult, World Wind Energy Association, Renewable Energy World © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

10 Pequenas Hidroelétricas Tecnologia & Aplicações
Tipos de Projetos: Reservatório À fio d´àgua Aplicações: Rede Central Rede Isolada Fora da Rede COMPONENTES DE UM SISTEMA HIDROELÉTRICO Barragem Comportas Cabeceira Adução Turbina Francis Casa de Força Linha de transmissão Gerador Turbina Corredeira Tubo de dreno © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

11 Mercado de Pequenas Hidroelétricas
19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas e grandes hidroelétricas No mundo: MW instalados (potência < 10 MW) Previsão: a MW em 2020 China: plantas existentes (potência < 25 MW) MW instalados Além de MW econ. viáveis Europa: MW instalados Além de MW econ. viáveis Canadá: 2.000 MW instalados Além de MW econ. viáveis Fontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro Atlas Pequena Central Hidroelétrica © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

12 Fotovoltaica (PV) Tecnologia & Aplicações
Sistema PV doméstico Células PV Central de Geração PV Acumulador Medidor Geração Distrubuída Medidor Foto cedida por: Tsuo, Simon DOE/NREL Rede Elétrica Bateria Luz Bombeio de água PV Prédio integrado conectado à rede PV Foto cedida por: Strong, Steven DOE/NREL © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

13 Instalações Anuais Fotovoltaicas no Mundo
Mercado Fotovoltaico Instalações Anuais Fotovoltaicas no Mundo 800 800 Capacidade Mundial instalada (2003): MW 700 p 700 (~1,2 milhões kWh/casa/ano) 600 600 32% Aumento de encomendas 2003 500 500 p MW 400 400 300 300 200 200 100 100 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Fonte: PV News © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

14 Caldeira de Recuperação
Cogeração (CHP) Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, a partir de uma única fonte energética Gas de Exaustão Eficiência da recuperação de calor (55/70) = 78,6% 15 unidades Calor Eficiência Total ((30+55)/100) = 85,0% 55 unidades Caldeira de Recuperação Carga térmica Calor + Exaustão Combustível 70 unidades 100 unidades Eletricidade 30 unid. Carga Elétrica Sistema de Energia Gerador © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

15 Cogeração Aplicações, Combustíveis e Equipamentos Várias Aplicações
Vários Combustíveis Ciclo de Coleta do Gás do Aterro Sanitário Produção de Vapor Processo Sistema de tubos para coleta do Gás Compressor Resfriador /secador Produção de Energia Filtro Biomass for CHP Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL Tocha Vários Equipamentos Foto cedida por: Gaz Metropolitan Máquina Alternativa para Geração de Energia Foto cedida por: Rolls-Royce plc © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

16 Cogeração Aplicações Prédios individuais Comerciais e industriais
Condominios Sistemas energéticos distritais (p.ex. Comunidades) Processos industriais Cogeração, Prefeitura de Kitchener Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan Cogeração à GFL para aquecimento distrital, Suécia Micro turbina em estufa Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

17 Cogeração Tipos de Combustível
Combustíveis Renováveis Resíduos de madeira Gas de Lixo (LFG) Biogás Subprodutos agrícolas Bagaço Reflorestamentos etc. Combustíveis fósseis Gas natural Diesel (óleo tipo #2) Carvão, etc. Energia Geotérmica Hidrogênio, etc. Biomassa para Cogeração Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL Geiser Geotérmico Foto cedida por: Joel Renner, DOE/ NREL PIX © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

18 Cogeração Equipmentos & Tecnologias
Equipamento de Resfriamento Compressores Chillers de Absorção Resfriamento livre Geração de eletricidade Turbina à Gás Turbina à Gás de ciclo combinado Turbina à vapor Máquina Alternativa Célula de combustível Etc. Equipamento de Calor Caldeiras Recuperadores de calor Turbina à Gás Foto cedida por: Rolls-Royce plc Equipamento de Resfriamento Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

19 Cogeração Mercado Canadá 12 GW
Região Capacidade Comentários Canadá 12 GW Maioria para papel e celulose e indústria de óleo EEUU 67 GW Em expansão, políticas de apoio p/ Cogeração China 32 GW Cogeração predominantemente à carvão Rússia 65 GW Cerca de 30% da eletricidade de Cogeração Alemanha 11 GW Mercado crescente para Cogeração municipal Inglaterra 4,9 GW Fortes incentivos para energias renováveis Brasil 2,8 GW Ger. distribuída associada à instal. fora da rede Índia 4,1 GW Maioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcar África do Sul 0,5 GW Substituindo energia de carvão Mundo 247 GW Previsão de crescimento de 10 GW por ano Fonte: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

20 Energias Renováveis Tecnologias para Calor e Refrigeração
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

21 Calor a partir da Biomassa Tecnologia & Aplicações
Combustão controlada de madeira, resíduos agrícolas, resíduos municipais, etc., para geração de calor Cavaco de Madeira Prédios individuais e/ou aquecimento distrital Foto cedida por: Wiseloger, Art DOE/NREL Foto cedida por: Oujé-Bougoumou Cree Nation Planta de Calor © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

22 Mercado de Calor a partir da Biomassa
No mundo: A combustão de Biomassa fornece 11% das Fontes Primárias de Energia (TPES) no mundo Mais de 20 GWth de sistemas de aquecimento à combustão controlada Países em desenvolvimento: Cocinação, aquecimento Nem sempre sustentável Africa: 50% da TPES India: 39% da TPES China: 19% da TPES Países industrializados: Calor, eletricidade, fogões à lenha Finlandia: 19% da TPES Suécia: 16% da TPES Áustria: 9% da TPES Dinamarca: 8% da TPES Canadá: 4% da TPES EEUU: 68% de todos os renováveis Câmara de combustão Foto: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST 8.000 8.000 Novas Instalações de Pequenos Sistemas de Aquecimento à Biomassa (< 100 kW) na Áustria 7.000 New Installations of Small 7.000 6.000 Scale (<100 kW) Biomass 6.000 5.000 Heating Systems in Austria 5.000 4.000 4.000 3.000 3.000 2.000 2.000 1.000 1.000 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Fonte: Ingwald Obernberger citing the Chamber of Agriculture and Forestry, Lower Austria Fonte: IEA Statistics– Renewables Information 2003, Renewable Energy World 02/2003 © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

23 Aquecimento Solar do Ar Tecnologia & Aplicações
Coletor não envidraçado para pré-aquecimento do ar O ar frio é aquecido quando passa pelos pequenos orifiícios na placa metálica de absorção (SolarwallTM) Um ventilador circula o ar quente pelo prédio Difusor da parede Painel solar perfurado Ventilador Ar Fresco © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

24 Mercado para Aquecimento Solar do Ar
Pré aquecimento do ar de ventilação, dos prédios com grandes volumes de ar fresco Também para secagem da colheita Custo competitivo para prédios novos ou grandes reformas Prédio Industrial Foto cedida por: Conserval Engineering Secagem solar da colheita Foto cedida por: Conserval Engineering © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

25 Aquecimento Solar da Água Tecnologia & Aplicações
Coletores Envidraçados e não envidraçados Armazenamento de Água (tanque ou piscina) Prédios Comerciais/Institucionais e Piscinas Aquacultura – Viveiro de Salmão © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

26 Mercado para Aquecimento Solar da Água
Mais de 30 milhões de m2 de coletores pelo mundo Europa: 10 milhões de m2 de coletores em operação Crescimento anual de 12% Alemanha, Grécia e Áustria Meta para 2010: 100 milhões de m2 Forte mercado mundial para aquecedores solares de piscinas Barbados possui sistemas Conjuntos Residenciais e Piscinas Prédios Residenciais Fonte: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory Foto cedida por: Chromagen © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

27 Aquecimento Solar Passivo Tecnologia & Aplicações
Fornecimento de 20 a 50% do aquecimento ambiental necessário na temporada de aquecimento Ganhos solares obtidos com janelas de alto rendimento direcionadas para o Equador Armazenam calor na estrutura do prédio Utilizam sombra para reduzir ganhos do calor do verão Verão Inverno Aquecimento solar passivo de apartamentos Foto: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website) © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

28 Mercado para Aquecimento Solar Passivo
Uso de janelas eficientes é prática comum nos padrões atuais de aquecimento solar passivo Para novas construções – acréscimo mínimo de custos Janelas de Alta eficiência Orientação do Prédio Sombra adequada Custo competitivo para novos prédios e reformas Prédios comerciais Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL Prédios residenciais Foto cedida por: DOE/NREL © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

29 Bomba de Calor de Fonte Subterrânea Tecnologia & Aplicações
Resfriamento e aquecimento de água/ambiental Eletricidade opera em ciclo de compressão a vapor Calor extraído do solo no inverno e rejeitado do solo no verão Loop Vertical no solo Horizontal Ground-Loop © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

30 Mercado para Bomba de Calor de Fonte Subterrânea
No mundo: unidades instaladas Capacidade Total de MWth Taxa de crescimento anual de 10% EEUU: instalações anualmente Suécia, Alemanha e Suiça são maiores mercados Europeus GSHP Residencial Prédios Comerciais, Industriais e Institucionais Canada: unidades residenciais unidades industriais e comerciais 435 MWth instalados Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

31 Outras Tecnologias de Energia Limpa Comerciais
Combustíveis: etanol e biodiesel Sistemas eficientes de refrigeração Motores de velocidade variável Sistemas de iluminação e Luz do dia eficientes Recuperação de calor de ventilação Outros Combustível oriundo de resíduo agrícola Foto cedida por: David and Associates DOE/NREL Refrigeração eficiente no Rinque de Patinação Iluminação eficiente e Luz do dia Foto cedida por: Robb Williamson/ NREL Pix © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

32 Tecnologias de Energia Limpa Emergentes
Energia térmica Solar Energia térmica Oceânica Energia das marés Energia das correntes oceânicas Energia das ondas etc. Planta de Energia Solar através de Parabólicas Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL Receptor central da Planta de Energia Solar Foto cedida por: Sandia National Laboratories DOE/NREL © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

33 Conclusões Existem oportunidades de retorno comprovado
Muitos casos de sucesso Mercado em expansão Estão disponíveis oportunidades para a eficiência energética e recursos para energias renováveis Sistema Hibrido Parks Canada de PV-Eólica (Arctico em 81°N) Foto cedida por: Michael Ross Renewable Energy Research Instalação de turbina eólica de 600 kW Telefone PV Foto cedida por: Nordex Gmbh Foto cedida por: Price, Chuck © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

34 Perguntas ? © Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.