Integração Energética na América Latina 28 a 30 de Agosto de 2011

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1 Integração Energética na América Latina 28 a 30 de Agosto de 2011
VI SEMINÁRIO INTERNACIONAL DO SETOR DE ENERGIA ELÉTRICA Integração Energética na América Latina 28 a 30 de Agosto de 2011 Foz do Iguaçú – PR / Brasil POSSIBILIDADES TECNOLÓGICAS DAS FONTES RENOVÁVEIS (ALTERNATIVAS) DE ENERGIA Prof. Dr. Ennio Peres da Silva Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP Instituto de Física “Gleb Wataghin” Universidade Estadual de Campinas

2 Fontes de energia

3 Fontes convencionais e alternativas
DEFINIÇÕES: Fontes convencionais de energia: aquelas que atualmente são utilizadas com elevada intensidade (quantitativamente) e representam percentagens importantes da matriz energética. Fontes alternativas de energia: aquelas que atualmente são utilizadas com baixa intensidade (quantitativamente) e não aparecem ou aparecem em percentagens insignificantes na matriz energética. Observações: 1- Fontes consideradas convencionais em alguns países podem ser alternativas em outros, pois dependem de suas participações nas matrizes energéticas, que são diferentes em cada caso. 2- Fontes consideradas alternativas em uma determinada época podem ser convencionais em outras, e vice versa, pois os usos das fontes em cada país evoluem no tempo.

4 Fontes e desenvolvimento tecnológico
Fontes convencionais: mais desenvolvidas; melhor adaptadas e testadas; menores possibilidades de inovação. Fontes alternativas: menos desenvolvidas; necessitam de avanços tecnológicos; maiores possibilidades de inovação.

5 Produção mundial de energia por fonte
Key World Energy Statistics 2008, IEA, 2008

6 Consumo mundial de energia por fonte
Fontes Renováveis Não renováveis 1973 12,5% 87,5% 2006 12,9% 87,1% SUSTENTABILIDADE Fontes Renováveis Fontes Não Renováveis INSUSTENTABILIDADE

7 Oferta de energia no Brasil por fonte

8 Fontes renováveis no Brasil
Principais fontes renováveis convencionais no Brasil em 2009: Biomassas (etanol; lenha; carvão vegetal) (78,0 Mtep) Hidráulica (37,0 Mtep equivalente a GWh) Principais fontes renováveis alternativas no Brasil em 2009: Geotérmica (uso exclusivo para aquecimento) Solar (térmica e fotovoltaica) (cerca de 20 MW fotovoltaicos) dos Oceanos (ondas; marés e térmica) (em pesquisa) Biomassas (biogás; gaseificação) (biogás:  40 MW de aterros) Fontes renováveis em transição no Brasil em 2009: Eólica (1.238 GWh) Biodiesel (1.608 mil m3 equivalentes a 0,6% do total da matriz) 47,2%

9 Consumo de energia e emissões de CO2
Key World Energy Statistics 2008, IEA, 2008

10 O consumo de energia e o meio ambiente

11 O consumo de energia e o meio ambiente

12 O consumo de energia e o meio ambiente

13 O consumo de energia e o meio ambiente

14 O consumo de energia e o meio ambiente
Emissões mundiais de CO2 por região, Fonte: Histórico: Energy Information Administration (EIA), Office of Energy Markets and End Use, International Statistics Database and International Energy Annual 1999, DOE/EIA-219(99) (Washington, DC, January 2001). Projeções: EIA, World Energy Projection System (2001).

15 O consumo de energia e o meio ambiente
Conseqüências do aumento da temperatura da biosfera da Terra: - aumento do nível do mar; - alteração no suprimento de água doce; - maior número de ciclones; - tempestades de chuva e neve fortes e mais freqüentes; - forte e rápido ressecamento do solo. Fonte: Efeito Estufa e a Convenção sobre Mudança do Clima, MCT, 1999.

16 O consumo de energia e o meio ambiente
Alternativas para a redução dos impactos ambientais: (sem reduzir o padrão de consumo de energia) Melhorar o uso das fontes fósseis (maior eficiência) e/ou Aumentar a participação das fontes renováveis convencionais Desenvolvimento das fontes renováveis alternativas

17 Fontes renováveis no Brasil
Principais convencionais: Hidráulica Biomassas (lenha; etanol; carvão vegetal) Principais alternativas: Geotérmica Solar fotovoltaica Dos oceanos (ondas; marés e térmica) Biomassas (biogás; gaseificação) Em transição: Eólica Biodiesel

18 Incremento das fontes renováveis e alternativas
Justificativas: Redução da oferta de petróleo (futuramente) Segurança no suprimento Emissões de gases de efeito estufa Necessidade de aumento das eficiências de conversão Restrições sociais ao uso da energia nuclear Dificuldades técnicas da fusão nuclear

19 Fontes renováveis (alternativas)
Biomassas

20 Biomassas: etanol convencional
Etanol de Primeira Geração:

21 Biomassas: etanol alternativo
Etanol de Segunda Geração: hidrólise “Em busca da enzima filosofal”

22 Biomassas: etanol alternativo
Etanol de Segunda Geração: hidrólise

23 A energia da biomassa: biodiesel
Óleo Diesel Óleo combustível 5900 l/ha 4000 l/ha 400 l/ha 1200 l/ha

24 A energia da biomassa: biodiesel
Matérias primas para a produção de biodiesel

25 Biomassas: biodiesel Potencial brasileiro

26 Biomassas: biodiesel Impactos negativos: Uso intensivo do solo
Áreas a serem impactadas pela produção intensiva dos biocombustíveis Impactos negativos: Uso intensivo do solo Consumo de água Pressão sobre áreas de florestas Competição por áreas agriculturáveis Pressão sobre áreas indígenas ou de proteção ambiental

27 Biomassas: Biorefinarias
O conceito de Biorefinarias:

28 Biomassas: Biorefinarias
O conceito de Biorefinarias:

29 Fontes renováveis (alternativas)
Solar Fotovoltaica

30 A energia solar fotovoltaica
Primeira geração: Uma única junção p-n; placas de silício mono ou policristalino; tecnologia comercial dominante. Segunda geração: Uso de películas finas: silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telureto de cádmio; mais baratas e menos eficientes. Terceira geração: Junção p-n depende do semicondutor: células fotoeletroquímicas (corantes) e células de nanocristais. Células multi-junção: Várias camadas de semicondutores diferentes, com diferentes junções p-n, absorvendo largo espectro de frequências.

31 A energia solar fotovoltaica no mundo

32 A energia solar fotovoltaica no mundo

33 A energia solar fotovoltaica no mundo

34 A energia solar fotovoltaica no mundo

35 A energia solar fotovoltaica no mundo

36 A energia solar fotovoltaica no mundo

37 Tecnologias em desenvolvimento
Concentradores parabólicos Luz Corporation (Mojave, California, USA)

38 Tecnologias em desenvolvimento
Torres solares

39 Fontes renováveis (alternativas)
Eólica

40 A energia eólica

41 A energia eólica no mundo
Potência instalada:

42 A energia eólica no mundo

43 A energia eólica no mundo

44 A energia eólica no mundo
Evolução dos custos de instalação:

45 Interação entre as fontes renováveis
Hidrogênio

46 Maior participação das fontes renováveis
Formas de energia diretamente produzidas pelas fontes: HIDRÁULICA: energia elétrica (comercial) GEOTÉRMICA: energia elétrica (comercial) EÓLICA: energia elétrica (comercial) energia mecânica (comercial) SOLAR FOTOVOLTAICA:... energia elétrica (comercial) SOLAR TÉRMICA: energia elétrica (em desenvolvimento) energia térmica (comercial) BIOMASSA: energia elétrica (comercial) combustíveis (comercial / desenvolv.) DOS OCEANOS: energia elétrica (marés: comercial; (marés, ondas, térmica) outras: desenvolv.)

47 Maior participação das fontes renováveis
Produção de combustíveis através das fontes renováveis: Energia elétrica: - combustíveis sintéticos (metanol) - eletrólise da água (H2) Combustíveis de biomassas: - madeira (sol.) - carvão vegetal (sol.) - etanol (liq.) - biodiesel (liq.) - gás de síntese (gas.) - biogás (gas.)

48 A geração do hidrogênio via FRE

49 Melhor uso das fontes de energia
Tecnologias de conversão: Fonte: BAUEN, A.; HART, D. Assessment of the environmental benefits of transport and stationary fuel cells; Journal of Power Sources, Vol. 86, pgs , Março/2000.

50 Aplicações estacionárias das CaCs
Características principais: Potência: 200 kWe Instalação: US$ 4,750 kW-1 Ideal: US$ 1,710 kW-1 Custos: US$ 70 por MWh (GN, manutenção) Consumo: 247 m3 por MWh Total: % (eletricidade e calor) Fonte: CENEH baseado em comunicação com o LACTEC PAFC, Modelo PC25 - UTC Fuel Cells

51 Aplicações automotivas: protótipos
Ford Daimler-Benz Toyota GM Mazda Honda

52 Aplicações automotivas: protótipos
Toyota FCHV Honda FCX Clarity

53 Aplicações automotivas: protótipos
June 18th, 2008: Two days ago Honda announced its first four FCX Clarity customers and the first fuel-cell vehicle dealership network in the U.S. Leasing for the FCX Clarity starts at $600 a month. The 134-hp Honda FCX Clarity gets a combined fuel-economy of 74mpg according to EPA mileage estimates and car is capable of going 280 miles on one fill.

54 Programas de hidrogênio na AL
ARGENTINA: Asociación Argentina del Hidrógeno (aaH2) BRASIL: Programa de Ciência, Tecnologia e Inovação para a Economia do Hidrogênio (ProH2) Centro Nacional de Referência em Energia do Hidrogênio (CENEH) (PARAGUAI): Universidad Nacional de Asunción e Itaipu OUTROS: grupos de P&D em universidades

55 Programa brasileiro de hidrogênio
Estruturação da Economia do Hidrogênio no Brasil. Araújo, S., MME, 2008

56 Protótipos de veículos a H2 na AL
ARGENTINA: Renault 9 a H2 BRASIL: VEGA II - UNICAMP

57 Fontes renováveis e alternativas
Conclusão

58 Fontes renováveis e alternativas
PRINCIPAIS DIFICULDADES PARA CONEXÃO DAS FRE(A) À REDE: Custos mais elevados Intermitência e sazonalidade das fontes  Dificuldades de controle do despacho Incertezas no planejamento energético Maiores exigências no controle de qualidade da energia

59 Fontes renováveis e alternativas
MITIGAÇÃO DAS DIFICULDADES PARA CONEXÃO DAS FRE(A) À REDE: Ganhos de escala (redução dos custos) Grande número de sistemas conectados à rede  Maior estabilidade na média da produção de energia Facilidade no planejamento energético Menores perturbações no controle de qualidade da energia INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA LATINOAMERICANA

60 Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP
OBRIGADO Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP