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POSSIBILIDADES TECNOLÓGICAS DAS FONTES RENOVÁVEIS (ALTERNATIVAS) DE ENERGIA Prof. Dr. Ennio Peres da Silva Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP Instituto.

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1 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 VI SEMINÁRIO INTERNACIONAL DO SETOR DE ENERGIA ELÉTRICA Integração Energética na América Latina 28 a 30 de Agosto de 2011 Foz do Iguaçú – PR / Brasi l

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 FontesRenováveisNão renováveis ,5%87,5% ,9%87,1% SUSTENTABILIDADE Fontes Renováveis Fontes Não Renováveis INSUSTENTABILIDADE

7 Oferta de energia no Brasil por fonte _Resenha_Energetica/Resenha_Energetica_2009_-_PRELIMINAR.pdf Ano: 2009

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 m 3 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

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12 O consumo de energia e o meio ambiente

13 O consumo de energia e o meio ambiente gov/oa/climate/globte mp.html

14 O consumo de energia e o meio ambiente 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). Emissões mundiais de CO 2 por região,

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 e/ou 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 Biodiesel Óleo Diesel Óleo combustível A energia da biomassa: biodiesel 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 Potencial brasileiro Biomassas: biodiesel

26 Áreas a serem impactadas pela produção intensiva dos biocombustíveis Biomassas: biodiesel 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

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33 A energia solar fotovoltaica no mundo

34 A energia solar fotovoltaica no mundo

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37 Tecnologias em desenvolvimento Concentradores parabólicos Luz Corporation (Mojave, California, USA) ipdmhg0364atl2. pubip.peer1.net/files/i mages/figure3.screen. gif

38 Tecnologias em desenvolvimento Torres solares b5hcKAB PlGI/TOIkXgA0V9I/AAAAA AAAjzI/HqsBPbLhLZs/s400/ 6-909o.png

39 Fontes renováveis (alternativas) Eólica

40 A energia eólica

41 A energia eólica no mundo Potência instalada:

42 A energia eólica no mundo

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44 Evolução dos custos de instalação:

45 Interação entre as fontes renováveis Hidrogênio

46 Maior participação das fontes renováveis 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) energia térmica (comercial) combustíveis (comercial / desenvolv.) DOS OCEANOS: energia elétrica (marés: comercial; (marés, ondas, térmica)outras: desenvolv.) Formas de energia diretamente produzidas pelas fontes:

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 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. Tecnologias de conversão:

50 Aplicações estacionárias das CaCs Características principais: Características principais: Potência: 200 kW e Potência: 200 kW e Instalação: US$ 4,750 kW -1 Instalação: US$ 4,750 kW -1 Ideal: US$ 1,710 kW -1 Ideal: US$ 1,710 kW -1 Custos: US$ 70 por MWh (GN, manutenção) Custos: US$ 70 por MWh (GN, manutenção) Consumo: 247 m 3 por MWh Consumo: 247 m 3 por MWh Total: 73% (eletricidade e calor) Total: 73% (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 Daimler-Benz 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 OBRIGADO Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP


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