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Fontes Alternativas de Energia Parte 1: Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 2

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa 1800: Thomas Seebeck mediu uma diferença de potencial nas extremidades frias de um termopar Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 3

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Principal Vantagem da Termogeração: por ser um processo sólido de conversão da energia térmica em energia elétrica, não possui partes móveis. Utilização comercial dos Termo-Geradores (TEGs): a partir da década de 60. Atualmente utilizam-se materiais semicondutores de dopagens opostas na composição do termopar (silício tipo p e silício tipo n). Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 4

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Extremidade fria do elemento N Pólo Negativo Extremidade fria do elemento P Pólo Positivo Curto entre os elementos Corrente Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 5

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Cada elemento termopar Baixo nível de tensão (0,7V) Bom nível de potência (1W) Solução Arranjo série-paralelo (termopilha) Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 6

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa O módulo termelétrico selado (termopilha) obs: Parte quente = 540ºC, Parte fria= 140ºC Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 7

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Elementos componentes dos TEGs Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 8

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Fonte de Calor: queimadores alimentados com gás natural ou propano. Palhetas de Resfriamento: entregam ao meio-ambiente o excedente de calor não convertido em energia elétrica. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 9

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Instalação de Sistema com 5000W Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 10

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Detalhes de um Sistema Instalado Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 11

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Vida útil: no mínimo, 20 anos Baixa manutenção Podem operar em qualquer situação climática na superfície da terra (suportam variações de temperatura ambiente de –30ºC a +50ºC) Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 a 550W Há sistemas instalados com até 8000W Não necessitam baterias de backup Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 12

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Aplicações: Locais remotos, sem rede convencional, de difícil acesso Alimentação de sistemas que necessitem de alta confiabilidade Estações de telecomunicação, comunicação de dados, sinalização, etc. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 13

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa Manutenção: Dependerá do grau de pureza do combustível injetado, pois as pilhas não necessitam de manutenção. Combustíveis limpos e/ou filtros de combustível de alta eficiência garantem longos períodos de funcionamento sem necessidade de manutenção. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 14

Fontes Alternativas de Energia Parte 2: Centrais Elétricas com Geração a Partir de Chaminé Solar Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 16

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Motivação: Necessidade de prover a crescente população mundial com energia limpa; Desafio do desenvolvimento de fontes alternativas, não poluentes e de baixo impacto ambiental; Substituição dos combustíveis não-renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) por combustíveis limpos, não poluentes; Exploração de uma fonte inesgotável de energia, o SOL, para produção de Energia Elétrica. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 17

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Princípios de Funcionamento da Chaminé Solar Efeito Chaminé Efeito Estufa Turbina Eólica com Gerador Elétrico Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 18

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Principais Componentes da Chaminé Solar Cilindro da Torre Turbina(s) Coletor de Vidro com armazenamento de calor Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 19

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Coletor – Efeito de Estufa Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a radiação solar, o calor passa ao solo O ar frio entra pela periferia e circula radialmente em direção à base da chaminé, sendo aquecido pelo calor do solo sob a cobertura O ar quente atinge a chaminé, causando uma forte corrente de convecção, movimentando as turbinas Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 20

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Geração de Energia x Horas do Dia A produção de energia elétrica depende da incidência solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou final do dia; O solo armazena parte do calor coletado durante o dia e o libera durante a noite: Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 21

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Armazenamento de Calor O uso de um sistema de armazenamento de calor usando tubos cheios de água permite à chaminé gerar energia continuamente durante 24 horas Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 22

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Armazenamento de Calor Tubos pretos, cheios de água, fechados, preenchidos uma única vez (a água não evapora) equaliza a geração de energia durante as 24h do dia: Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 23

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Armazenamento de Calor Dependendo da altura do colchão d’água, ajusta-se a produção de energia durante as 24h do dia: Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 24

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica É a máquina térmica do sistema; Funciona como o conduto forçado de uma hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa superfície); Quanto mais alta, maior a diferença de temperatura e a diferença de pressão ao longo da altura da chaminé; É geralmente construída de metal, com base em concreto. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 25

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 26

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Turbina É do tipo de pressão (8 vezes mais energia que uma turbina de velocidade com o mesmo diâmetro); O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no sistema) é controlado através do ajuste do ângulo das palhetas da turbina. Alternativamente, podem ser usadas diversas turbinas de eixo horizontal, distribuídas radialmente em relação à base da chaminé. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 27

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Turbina Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 28

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Otimização do Sistema Fatores Principais na Produção Anual de Energia: área do coletor altura da chaminé tipo de vidro Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 29

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Resultados Experimentais Instalação Experimental em Manzanares (Espanha) projeto alemão, custo: US$ 6 milhões, 10 anos de duração forneceu energia de forma ininterrupta de julho de 1986 a fevereiro de 1989 chaminé com 195m de altura e 10m de diâmetro, área de coletor de 46.000m2 potência nominal de 50kWp Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 30

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 31

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 32

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Projeto em Execução Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 150m de diâmetro Potência: 200 MWp Energia: 500 GWh/ano Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma usina termelétrica a carvão ou 70% maior que geração eólica) Estrutura mista de aço e concreto Expectativa de entrada em operação: 2005 Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 33

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Características e Vantagens: Aproveitamento da energia solar, gerando energia limpa, renovável, sem agressão ao meio ambiente; Adequada para países com grandes extensões de terra árida, alta insolação e mão-de-obra barata; Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem interrupção no fornecimento de Energia Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor com água; Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, concreto, aço, turbinas); Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 34

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica Características e Vantagens: Extremamente confiável e durável, pois requer componentes simples e robustos (baixa manutenção); As únicas partes móveis são as turbinas e os geradores, que entretanto, não necessitam de manutenção intensiva por não trabalharem em contato com a água; A eficiência da conversão da energia solar em energia elétrica é baixa, sendo compensada pelo baixo custo de instalação e operação, mas ainda muito superior ao custo das centrais convencionais. Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004 35