Centro de Convenções Milenium São Paulo -SP Híbridos Elétricos Centro de Convenções Milenium São Paulo -SP Antonio Nunes Jr Diretor do INEE

Roteiro Tipos de veículos elétricos e características principais “Combustíveis” para veículos elétricos Evolução dos híbridos elétricos – fatores motivadores e inibidores Veículos elétricos e a matriz energética brasileira Análise Well to Wheel

Brasil - Uso Final de Energia em 2004 Expressivo uso de combustíveis fósseis em transporte.

Resistência rolamento Resistência do ar Em espera/parado Perdas no motor Acessórios Perdas transmissão Frenagem Inércia Resistência rolamento Eficiência baixa dos carros convencionais Melhoria da eficiência dos motores convencionais (MCI) Emprego da tração elétrica

Veículo elétrico usa pelo menos um motor elétrico em sua tração. São classificados segundo a fonte de energia utilizada à bordo. Combustível líquido ou GNV Energia Elétrica VEB VEH “Plug-in” VEH Tipo Fonte de energia elétrica Trólebus Rede (durante o trajeto) Bateria Rede (carga) Híbrido Combustível* Híbrido plug-in Rede (carga) + combustível* Célula a combustível Hidrogênio** Solar (teste, competições) Sol * Gasolina, diesel, álcool, gás natural ** Hidrogênio ou metano, metanol, ... em reformador

Idéia de VEH é antiga 1898: Dr. Ferdinand Porsche, 23 anos, construiu seu primeiro carro: Lohner Electric Chase (primeiro do mundo com tração dianteira). Segundo carro: um híbrido com m.c.i. para acionar um gerador que fornecia energia elétrica a motores localizados nos eixos das rodas. Só na bateria rodava cerca de 40 milhas. 1899: Dois híbridos no Salão de Paris 1921: Owen Magnetic Hybrid: usava motor a gasolina para acionar um gerador que fornecia energia elétrica para motores montados em cada roda traseira. 1903: Krieger Hybrid: usava motor a gasolina para alimentar um conjunto de baterias

T a n q u e Cilindro Combustíveis para VEs Eletricidade Gasolina Álcool Diesel/Biodiesel Cilindro GNV Hidrogênio GNV/H2 H2 Célula a combustível

Caracterizadas pela fonte de energia elétrica usada a bordo Tecnologias de VE Caracterizadas pela fonte de energia elétrica usada a bordo VEB - Veículo elétrico a bateria Baterias VEH - Veículo elétrico híbrido Gerador acionado por m.c.i VECC - Veículo elétrico de célula a combustível Célula a Combustível VES combinam Alta eficiência energética Baixo nível de ruído Baixo nível de emissões de poluentes Conforto Baixo custo operacional

VEH - configuração série

VEH - configuração paralela

VEH Plug-in Sprinter Plug-in da Daimler no mercado em 2008 Fonte: EPRI Journal – Fall 2005 Conversão em “oficinas” * Electric Power Research Institute (EPRI)

Evolução Fatores motivadores - Estímulos para aquisição VEs Questão ambiental (poluição do ar, sonora) Eficiência no uso de energia - Estímulos para aquisição VEs Nenhuma ou muito pouca emissão de gases no local Arrancadas e frenagens mais suaves (mais conforto) Baixo ruído Frenagem regenerativa Motores elétricos eficientes Baterias eficientes Motor de combustão interna menor e funcionando na região de maior eficiência ou desligado Não gasta energia quando parado

Evolução Fatores inibidores Custo de aquisição mais alto (bateria, outros componentes, baixa escala de produção, tecnologia na infância) No caso dos elétricos a bateria, autonomia limitada e tempo de recarga alto Pouca disponibilidade de modelos Complexidade

Perspectivas no mundo e no Brasil Horizonte 2015 VEs a bateria Multiplicação de soluções para nichos: usos urbano (transporte de carga, pessoas, transporte público, ...) e em áreas restritas (áreas industriais, comerciais, condomínios, ...) Crescimento do uso de veículos levíssimos (bicicletas, motocicletas, ...) VEs híbridos Projeções de expressivo crescimento para o mercado americano VEs híbridos plug-in Chance de crescer com queda de preços e maior capacidade de carga das baterias, interesse das empresas de energia elétrica e pressão por melhoria no meio ambiente

? Bateria Híbrido Híbrido plug-In Célula a combustível As grandes famílias de veículos elétricos encontram-se em estágios distintos de desenvolvimento Cronologia Bateria Híbrido Híbrido plug-In Célula a combustível ? 2000 2005 2010 2015

Planejamento energia - atualidade GÁS PÓS 99 CANA DESTI- LARIA 1/3 GD 2/3 PÓS 80 HIDRO PETRÓLEO REFIN & TRNSPRT CARVÃO NUCL HIDRELÉTR. TERMELÉTR Transm &Distrib TRANSPORTE .ELETRIC. SIDERURGIA CALOR

Planejamento - nova realidade TERMELÉTR GÁS MAE ÓLEO REFIN & TRNSPRT CANA DESTI- LARIA 1/3 GD 2/3 CARVÃO HIDRO NUCL HIDRELÉTR. Transm &Distrib GD VEH + VEB TRANSPORTE CONSUMIDOR EN.ELETR. SIDERURGIA CALOR GD

Matriz Energética tep / Kcal Energia Primária Energia Secundária Transform. e transprte Tecnologia Uso Final Energia Útil Aciaria Transporte Calor/Frio Luz Movimento Processo Crv. Min Nuclear Petróleo G Natur. Cana Hidro Madeira Solar Termelétrica, Destilaria, Refinaria, Hidrelétrica, Gasoduto, T&D, etc. Eletricidade Gasolina Diesel Álcool GLP GN L/C Hidrogênio? Motor, ar condcionado, caldeira, lâmpada automóvel, etc. EP = [M] x EU EP EU

Análise “Well to Wheel” Energia Primária Energia Útil Trnsp& Compress Veículo  GNV η= 0,15 η= 0,85 “Well” “Wheel”  VE η= 0,95 η= 0,50 η= 0,85 η= 0,70 Trans- porte Gera- dor Trns- &Distr Veículo Trans- porte Co-ge- rador η= 0,90 η= 0,85 η= 0,70 Veículo  Co-geração   0,13  0,27  0,54

À guisa de conclusão A eficiência só avança Energia e aquecimento global são preocupações centrais de nosso tempo Uso do petróleo é um dos principais problemas que pressionam o mundo atual As conseqüências para o meio ambiente local, regional e global das emissões do cano de escape clamam por ações urgentes As preocupações principais são relacionadas a uma possível crise de energia quando não houver mais combustível fóssil e, principalmente, uma muito possível exaustão da capacidade do meio ambiente absorver a poluição A eficiência só avança

Mercado, política energética ou ambiental? Brasil: Mercado, política energética ou ambiental? Federal, Estadual ou Municipal? Nichos: transporte público, individual, frotas? Barreiras: econômicas, tecnológicas, culturais e legais? www.VE.org.br www.ABVE.org.br

Muito obrigado! Antonio Nunes Jr Diretor do INEE (21) 2532-1389 nunes@inee.org.br

LEVÍSSIMOS LEVES PESADOS VEB VEH VECaC Há muitos tipos e fabricantes, alguns no Brasil Motos com potencial para substituir as convencionais em certos usos Uma fábrica de motonetas em Manaus Soluções para ambientes fechados e portadores de necessidades especiais Não há notícia. Há vários modelos em teste. - Vários modelos no exterior usados para usos urbanos. - - Um entrante no Brasil 12 a 15 modelos nos EUA VEH-P: hoje é um VEH adaptado. Poderá ser uma opção de fábrica no futuro Vários modelos em teste pelos grandes fabricantes - Vários modelos no exterior. - Veículos para entregas e serviços urbanos Empilhadeiras, reboques e paletadeiras - Ônibus: alguns fabricantes no exterior e 2 no Brasil Caminhões em teste no exterior VEH-P: um ônibus no Brasil - Ônibus: alguns modelos em teste no exterior Um desenvolvimento no Brasil - Empilhadeiras em teste LEVÍSSIMOS LEVES PESADOS

Uma classificação dos VEHs (automóveis e utilitários) Stop/start (S/S) – Desliga e liga o mci Economia de combustível* - 7% Integrated Starter Alternator With Damping (ISAD) – Opera em 42V e, além do S/S, permite contribuição de alguma potência do sistema de tração elétrica Economia de combustível* - 11% e 10% a mais no torque Integrated Motor Assist (IMA) – Opera 114V, tem motor elétrico e baterias maiores que no ISAD, o que possibilita mais potência auxiliar Economia de combustível* - 17% e 15% a mais no torque Full Hybrid (FH) - Sistemas 300+V com possibilidade de tração exclusivamente elétrica, além de suplementar a potência do mci Economia de combustível* - 29% e 20% a mais no torque Para utilitários: economia – 26% e 15% a mais no torque * Environmental Protection Agency (EPA)

VEs Plug-ins T a n q u e Cilindro Eletricidade Gasolina Álcool Diesel/Biodiesel Cilindro GNV Hidrogênio GNV/H2

Tecnologias críticas Motores de combustão interna Ênfase passa da potência para eficiência Células a combustível Custo Confiabilidade Vida útil E associado os problemas de produção, armazenamento e distribuição do hidrogênio Sistemas de controle

300kg de LI- possibilita a um VEB autonomia de Tecnologias críticas Sistemas de abastecimento de energia Baterias Melhores relações kWh/kg e kWh/l autonomia 150 - 300 km Custo menor Redução do tempo de carga Vida útil – de 3 /4 anos  8 a15 anos Automóvel a bateria 4 a 6 km/kWh 300kg de LI- possibilita a um VEB autonomia de 170 a 250 km Fonte: EPRI Journal – Fall 2005

Sistemas de abastecimento de energia Tecnologias críticas Sistemas de abastecimento de energia Carga de baterias / Eletropostos Estratégias para recarga que garantam a saúde das baterias Mais eficiência (economia) Sem degradação da performance das baterias Redução do tempo de recarga (cargas rápidas) Interface EUA – 1.000 eletropostos e mais de 50.000 VEBs Supercapacitores Custo Retenção da energia Motores elétricos / geradores Já existem motores bastante eficientes – ex., engrenagem + motor: 93% Vida útil longa é característica deste componente Projetos avançados como motores embutidos na roda Necessidade de queda nos custos (escala)

Evolução EUA Califórnia - início anos 90: Proporção crescente de novos carros do tipo Zero Emission Vehicles (ZEV) 1993 - Governo cria Partnership for New Generation of Vehicles (PNGV) – US$ 1 bi - governo cobre metade dos investimentos das montadoras Meta 80 mpg (34 km/h) sem fixar tecnologia 1998 Neighborhood Electric Vehicles (NEV) autorizados a circular em vias públicas com velocidade limitada a 40 km/h 2003 Projeto Independence – VECaC 2005 – Energy Policy Act – estímulos monetários para aquisição de VEBs, VEHs, VECaC Europa França nos anos 90: governo estimulou principais montadoras a lançar VEBs dando subsídios e incentivos fiscais aos compradores e fazendo compras via estatais Taxa para circular no centro das cidades Proibição para circulação de veículos convencionais nos centros históricos ou quando poluição do ar supere certo nível Incentivos à aquisição de veículos menos poluentes

Perspectivas no mundo e no Brasil Horizonte 2015 VEs de célula a combustível Sem viabilidade econômica no horizonte (custo do veículo precisa ser dividido por pelo menos 10, investimentos na produção e distribuição do hidrogênio) Solução VEH CaC Plug-in poderá ser uma intermediária Veículos pesados devem se viabilizar antes dos leves Célula a combustível estacionária será comercial antes