A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

- 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Introdução aos conceitos técnicos e económicos associados à produção de energia eléctrica Jorge.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "- 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Introdução aos conceitos técnicos e económicos associados à produção de energia eléctrica Jorge."— Transcrição da apresentação:

1 - 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Introdução aos conceitos técnicos e económicos associados à produção de energia eléctrica Jorge Alberto Mendes de Sousa Professor Coordenador Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa MEN - Mercados de Energia Mestrado em Engenharia Electrotécnica

2 - 2 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Agenda  Enquadramento  Fundamentos técnicos  Fundamentos económicos  Principais grandezas e factores de conversão  Exercícios de aplicação

3 - 3 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Procura mundial de energia A procura mundial de energia está em forte ascensão especialmente devido ao crescimento da China. O consumo europeu encontra-se praticamente estagnado. União Europeia Resto da OCDE China Resto do mundo

4 - 4 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Consumo de energia na UE por fonte primária Apesar da estabilidade do consumo europeu existe um dinâmica consistente de forte redução do consumo de carvão e um aumento de gás natural e de renováveis. Petróleo Gás Carvão Nuclear Renováveis

5 - 5 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Importação de energia pela UE 27 (2006) A UE importa metade da energia primária que consome essencialmente a partir da Rússia (gás natural, petróleo e carvão), Norte de África (gás natural e petróleo) e Médio Oriente (petróleo) Gás NaturalPetróleoCarvão Outros países europeus Rússia Ásia Norte de África África sub-sariana Médio oriente América Oceania Outros

6 - 6 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Dependência energética UE 27 por estado membro O nível de dependência é muito diverso entre os estados membros da UE sendo a Dinamarca o único país exportador e Malta totalmente dependente. A dependência externa de Portugal é cerca de 80%.

7 - 7 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Consumo de energia final por fonte de energia O consumo de energia final na UE é fortemente dominado pelo petróleo e gás, tendo a electricidade um peso de cerca de 20%

8 - 8 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Consumo de energia final por sector Os sectores mais consumidores de energia são a habitação e serviços, os transportes e a indústria, tendo a agricultura um peso muito reduzido

9 - 9 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Produção de energia eléctrica Existe uma grande diversificação na utilização de fontes de energia primária, com predomínio do carvão, da energia nuclear e do gás natural. As energias renováveis têm um peso significativo e crescente.

10 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Emissões GEE na UE por sector (2009) As principais emissões de gases com efeito de estufa derivam das indústrias energéticas (35%), dos transportes (30%) e da indústria e construção (18%). Outros 7% Residencial 11% Transportes 30% Indústrias energéticas 35% Indústria e construção 18%

11 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Os pilares da política energética europeia Sustentabilidade | Competitividade | Segurança de abastecimento

12 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Disponibilidade dos combustíveis fósseis O carvão é o combustível fóssil mais abundante no mundo com um R/P superior a 120 anos. Para além disso é o combustível com origem mais diversificada. Como tal, constitui um factor positivo para a segurança de abastecimento. No entanto, o nível elevado de emissões associado a este combustível faz com que constitua um factor negativo em termos de sustentabilidade. Fonte: BP, Statistical Review of World Energy, 2009

13 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Utilização da capacidade instalada [MWh/kW] A reduzida quota correspondente às energia renováveis face ao nível de investimentos efectuados está relacionada com a baixa taxa de utilização da energia eólica o que reduz a eficácia deste tipo de investimentos, penalizando o pilar da competitividade.

14 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Os objectivos para 2020 O Conselho Europeu, em Março de 2007, endossou os seguintes objectivos para o horizonte 2020:  Redução das emissões de gases com efeito de estufa em pelo menos 20% em relação às emissões de 1990 (aumentando até 30%, caso outros países desenvolvidos e em desenvolvimento se vinculem a metas comparáveis)  Aumento da contribuição das energias renováveis para 20% do consumo energético  Aumento da eficiência energética em 20% (ou seja, uma redução do consumo de energia de 20% relativamente ao cenário BAU) +  Aumento da contribuição dos biocombustíveis nos transportes para 10%

15 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Iniciativas legislativas Source: Eurostat A UE procura ser líder mundial em política energética e ambiental, ao mesmo tempo que estimula os mercados globais para um futuro energético sustentável, tendo as matérias da competitividade e da segurança de abastecimento um papel de destaque na agenda da UE.

16 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento O 3º Pacote Energia 1.Regulamento 713/2009 do Parlamento Europeu e do Conselho, de 13 de Julho de 2009, que institui a Agência de Cooperação dos Reguladores da Energia 2.Regulamento 714/2009 do Parlamento Europeu e do Conselho, de 13 de Julho de 2009, relativo às condições de acesso à rede para o comércio transfronteiriço de electricidade e que revoga o Regulamento 1228/ Regulamento 715/2009 do Parlamento Europeu e do Conselho, de 13 de Julho de 2009, relativo às condições de acesso às redes de transporte de gás natural e que revoga o Regulamento 1775/ Directiva 2009/72/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 13 de Julho de 2009, que estabelece regras comuns para o mercado interno da electricidade e que revoga a Directiva 2003/54/CE 2.Directiva 2009/73/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 13 de Julho de 2009, que estabelece regras comuns para o mercado interno do gás natural e que revoga a Directiva 2003/55/CE DirectivasRegulamentos

17 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Contexto energético nacional (Eurostat; DGEG 2006)  Portugal importa 83% da energia primária que consome em combustíveis fósseis – carvão, gás natural e petróleo (compara com 55% da UE 27).  O contributo das energias renováveis no consumo total de energia primária em 2006 foi de 16,3% (compara com 15% da UE 27).  Dois terços da electricidade consumida são produzidos com base em combustíveis fósseis, e o restante a partir de fontes renováveis, em particular eólica, hídrica e biomassa.  O consumo final de energia é dominado pelos sectores dos transportes (39%) e indústria (31%).  O sector dos serviços tem crescido fortemente e consome 32% da electricidade produzida.

18 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Cobertura do consumo de electricidade (REN 2009) Em 2009 a procura de energia eléctrica foi satisfeita com base na PRE (com peso crescente, em particular da eólica), carvão, gás natural (com peso crescente), fuel (em vias de extinção), hídrica (contribuição importante mas dependente do IPH) e saldo importador. De realçar a contração do consumo em 1,4% relativamente a 2008.

19 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Enquadramento Produção renovável [TWh] (DGEG) Em 2009 a produção renovável foi de 35,1% do consumo eléctrico nacional o que corresponde a 44,7% corrigido para o ano da Directiva (1997), baseada em hídrica, eólica e biomassa.

20 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Agenda  Enquadramento  Fundamentos técnicos  Fundamentos económicos  Principais grandezas e factores de conversão  Exercícios de aplicação

21 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Hídrica

22 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Térmica: Carvão

23 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Térmica: Ciclo Combinado (CCGT)

24 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Térmica: Nuclear

25 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Eólica Vestas V MW

26 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Fotovoltaica BP 4180T

27 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Perfis de produção típicos: Térmicas e hídrica

28 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Perfis de produção típicos: Eólica

29 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Combustível [1 kg] Electricidade [y kWh e ] CO 2 [x kg] Emissão específica = x kg CO 2 / y kWh e SO 2 NO x Fundamentos técnicos Emissões

30 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa :: Emissão específica: x kg CO 2 / y kWh e 1 kg combustível = x kg CO 2 (só depende do combustível) 1 kg combustível = y kWh e (depende do rendimento e do PCI) 1 kg combustível x kg CO 2 y kWh e 1 2 Fundamentos técnicos Emissões CO 2 1 2

31 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa :: Gás Natural [ CH 4 ] CH (O 2 + 3,76 N 2 ) -> CO H 2 O + 2 x 3,76 N 2 x GN = 2,7434 kg CO 2 / kg GN = 1,9570 kg CO 2 / Nm 3 :: Carvão [ C(%), H 2 (%), S(%), O 2 (%),...] x carvão = 3,664 C(%) kg CO 2 / kg Carvão Fundamentos técnicos Coeficiente de emissão dos combustíveis (x) (1/2)

32 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa :: Gasóleo [ C 12 H 26 ] C 12 H ,5 (O 2 + 3,76 N 2 ) -> 12 CO H 2 O+ 69,56 N 2 x Gasóleo = 3,1005 kg CO 2 / kg Gasóleo :: Fuelóleo [ C 14 H 30 ] C 14 H ,5 (O 2 +3,76 N 2 ) -> 14 CO H 2 O + 80,84 N 2 x Fuel = 3,1057 kg CO 2 / kg Fuelóleo Fundamentos técnicos Coeficiente de emissão dos combustíveis (x) (2/2)

33 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Carvão : 6200 kcal/kg (muito variável) Gás natural : 9028 kcal/Nm 3 Fuelóleo : 9640 kcal/kg Gasóleo : kcal/kg Fundamentos técnicos Poder calorífico típico dos combustíveis (PCI)

34 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa :: Rendimento:  = E saída /E entrada = y / PCI :: Emissão específica = x / y = x / (PCI x  ) Fundamentos técnicos Emissão específica

35 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos técnicos Emissões específicas típicas: CCGT, fuelóleo, carvão

36 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Agenda  Enquadramento  Fundamentos técnicos  Fundamentos económicos  Principais grandezas e factores de conversão  Exercícios de aplicação

37 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Custos associados aos grupos térmicos  Custos variáveis de combustível  Custos variáveis de emissões  Custos de O&M fixos e variáveis  Custos de arranque e paragem  Custos de investimento  Custos de desclassificação

38 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Custos de combustível e emissões F : Custo do combustível PCI: Poder calorífico inferior : Rendimento da central C p : Custo variável da central p (combustível + emissões) C comb : Custo variável da central relativo ao combustível C CO2 : Custo variável da central relativo às emissões de CO 2 e comb : coeficiente de emissão de CO 2 do combustível P CO2 : Preço de CO 2 ee p : emissão específica de CO 2 da central

39 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Exemplo: custo variável central a carvão Carvão F = 50 €/ton PCI = 6500 kcal/kg e comb = 2,9 kg CO 2 /kg = 40% Central a carvão CO 2 P CO2 = 15 €/ton CO 2

40 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Exemplo: custo variável CCGT CO 2 P CO2 = 15 €/ton CO 2 Gás F = 0,20 €/Nm 3 PCI = 9028 kcal/Nm 3 e comb = 1,9 kg CO 2 /Nm 3 = 55% CCGT

41 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Valores típicos de custos das centrais térmicas

42 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Relação entrada/saída (H: Heat rate) Turbina P GT B Aux CaldeiraAlternador Serviços Auxiliares H H : Potência térmica de entrada P : Potência eléctrica de saída a, b, c : Parâmetros característicos do grupo

43 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Custo de produção relativo ao combustível C : Custo de produção F : Custo do combustível

44 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Custo marginal de produção

45 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Fundamentos económicos Custo médio de produção

46 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Agenda  Enquadramento  Fundamentos técnicos  Fundamentos económicos  Principais grandezas e factores de conversão  Exercícios de aplicação

47 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Principais grandezas eléctricas SímboloGrandezaUnidades V ou U TensãoVolt [V] I CorrenteAmpère [A] Z Impedância Ohm [] f FrequênciaHertz [Hz] P Potência activaWatt [W] Q Potência reactivaVolt Ampère reactivo [VAr] S Potência aparenteVolt Ampère [VA] EeEe Energia eléctricaWatt hora [Wh] EtEt Energia calorífica Joule [J]; [Wh]; [cal]; [Btu]; [térmia];...

48 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Múltiplos e submúltiplos das unidades SímboloDesignaçãoValor T Tera G Giga10 9 M Mega10 6 k Kilo10 3 m Mili  Micro n Nano p Pico

49 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Factores de conversão de energia

50 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Agenda  Enquadramento  Fundamentos técnicos  Fundamentos económicos  Principais grandezas e factores de conversão  Exercícios de aplicação

51 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Exercícios de aplicação 1. Identifique os elementos das diversas tecnologias de produção de energia eléctrica apresentadas, efectuando a respectiva legenda. 2. Determine o custo variável de combustível de uma central térmica a carvão com rendimento de 35% sabendo que o custo do carvão é de 60 €/ton e o seu poder calorífico é de 6200 kcal/kg. 3. Determine o custo variável de emissões associado à central a carvão anterior sabendo que o preço das licenças de CO 2 é de 20 €/ton e o coeficiente de emissão do carvão utilizado é 2,9075 kg CO 2 /kg. 4. Considere agora uma central de ciclo combinado a gás natural (CCGT) com um rendimento de 55%. Sabendo que o preço do gás é de 18 €/MWh t e que o coeficiente de emissão é 1,9569 kg CO 2 /Nm 3 determine qual o preço do CO 2 para o qual os custos variáveis desta central (combustível mais emissões) igualam os custos da central a carvão referida nas questões anteriores (considere PCI = 9028 kcal/Nm 3 )

52 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Exercícios de aplicação Solução exercícios 2 e 3

53 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Exercícios de aplicação Solução exercício 4 Carvão CCGT CO2

54 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Exercícios de aplicação Solução exercício 4 Para um preço de CO 2 de 11 €/ton o custo variável da central a carvão iguala o custo variável da CCGT (nas condições do problema). Valores superiores fazem a CCGT ganhar mérito à central de carvão e valores inferiores fazem a central a carvão ganhar mérito à CCGT.


Carregar ppt "- 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Introdução aos conceitos técnicos e económicos associados à produção de energia eléctrica Jorge."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google