Curso Análise de Projeto de Energia Limpa Status das Tecnologias de Energia Limpa Casa Solar Passiva Fazenda Eólica Foto cedida por: Nordex Gmbh Foto cedida

Curso Análise de Projeto de Energia LimpaCurso Análise de Projeto de Energia Limpa

Status das Tecnologias de Status das Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa

Casa Solar Passiva

Fazenda Eólica

Foto cedida por: Nordex Gmbh

Foto cedida por: McFadden, Pam DOE/NREL

© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.

Geração de Eletricidade com Resíduos de Madeira

ObjetivoObjetivo

• Disseminar a informação sobre as tecnologias em Disseminar a informação sobre as tecnologias em energias renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energias renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energéticaenergética Mercados

Aplicações típicas

Aquecimento Solar e Fotovoltaico da Água


Foto cedida por: Warren Gretz, NREL PIX Foto cedida por: Vadim Belotserkovsky

DefiniçõesDefinições

Eficiencia EnergéticaEficiencia Energética Utilizar menos recursos energéticos para

atender a mesma demanda por energia

Energia RenovávelEnergia Renovável Utilizar recursos naturais não esgotáveis

para atender às necessidades energéticas

Casa Solar Passiva Super IsoladaFoto cedida por: Jerry Shaw

Tecnologias de Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa

Convencional Eficiente Eficiente e

Renovável

De

ma

nd

a d

e E

ne

rgia


Motivos para Tecnologias de Motivos para Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa

• AmbientaisAmbientais Mudanças climáticas

Poluição local

• EconomicasEconomicas Custos do ciclo de vida

Esgotamento dos

combustíveis fósseis

• SociaisSociais Geração de empregos

Redução das perdas de receitas locais

Crescimento da demanda energética (x3 em 2050)

Energia Eólica: Custo geração de eletricidade

0

10

20

30

40

1980 1990 2000

Anos

Fonte: National Laboratory Directors

Para o U.S. Department of Energy (1997)

Cu

sto

Ele

tric

idad

e


Características comuns às Características comuns às Tecnologias de Energia LimpaTecnologias de Energia Limpa

• Em relação às tecnologias convencionais:Em relação às tecnologias convencionais:

Normalmente, custos iniciais mais altos

Geralmente, menores custos operacionais

Ambientalmente mais limpas

Normalmente com bom retorno emrelação ao ciclo de vida


Custo Total de um Sistema de Custo Total de um Sistema de Geração ou Consumo de Geração ou Consumo de EnergiaEnergia

• Custo totalCusto total

• Custo totalCusto total

+ custo anual com combustível + custo anual com combustível

e e O&M O&M

+ custo com grandes + custo com grandes

manutençõesmanutenções

+ custo com desativação+ custo com desativação

++ custo financeiro custo financeiro

++ etc. etc.

Custo de aquisiçãoCusto de aquisição

== Custo de aquisição Custo de aquisição


Tecnologias de Geração de Tecnologias de Geração de Eletricidade à partir de Fontes Eletricidade à partir de Fontes RenováveisRenováveis


Energia EólicaEnergia EólicaTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

• Precisa de bons ventosPrecisa de bons ventos (>4 m/s @ 10 m/s) Areas costeiras, montanhas curvas,

planícies abertas

• Aplicações:Aplicações:

Rede IsoladaRede CentralSouthwest Windpower, NREL PIXPhil Owens, Nunavut PowerWarren Gretz, NREL PIX

Fora da Rede

Lâmina do rotor

Vento

Nascele com

embreagem e

Gerador

TorreVento

Altura do

rotor


Mercado de Energia EólicaMercado de Energia Eólica

Instalação Anual de Turbinas Eólicas pelo Mundo

0

1.000

2.000

3.000

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MW

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8.000

Capacidade mundial instalada (2003): 39.000 MW(~20,6 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano e 30% fator de capacidade)

Alemanha: 14.600 MWEspanha: 6.400 MWEstados Unidos: 6.400 MWDinamarca: 3.100 MW

83.000 MW em 2007 (previsão)

Fontes: Danish Wind Turbine Manufacturers Association, BTM Consult, World Wind Energy Association, Renewable Energy World


Pequenas HidroelétricasPequenas HidroelétricasTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

• Tipos de Tipos de Projetos:Projetos:

ReservatórioÀ fio d´àgua

• Aplicações:Aplicações:Rede CentralRede IsoladaFora da Rede

Turbina Francis

COMPONENTES DE UM SISTEMA HIDROELÉTRICO

Barragem

Comportas

Casa de Força

Linha de

transmissãoGerador

Turbina

Tubo de dreno

Adução

Cabeceira

Corredeira


Mercado de Pequenas Mercado de Pequenas HidroelétricasHidroelétricas

• 19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas e grandes hidroelétricas19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas e grandes hidroelétricas

• No mundo: No mundo: 20.000 MW instalados (potência < 10 MW) Previsão: 50.000 a 75.000 MW em 2020

• China:China: 43.000 plantas existentes (potência < 25 MW) 19.000 MW instalados Além de 100.000 MW econ. viáveis

• Europa:Europa: 10.000 MW instalados Além de 4.500 MW econ. viáveis

• Canadá: Canadá: 2.000 MW instalados Além de 1.600 MW econ. viáveis

Fontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro AtlasFontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro Atlas

Pequena Central Hidroelétrica


Fotovoltaica (PV)Fotovoltaica (PV)Tecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

Sistema PV doméstico

Bombeio de água PVPrédio integrado conectado à rede PV

Células PV

Luz

Bateria

Acumulador


Foto cedida por: Strong, Steven DOE/NREL

Foto cedida por: Tsuo, Simon DOE/NREL

Central de

Geração PV

Medidor

Geração

Distrubuída

Medidor

Rede

Elétrica

Mercado FotovoltaicoMercado Fotovoltaico

Instalações Anuais Fotovoltaicas no Mundo

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Capacidade Mundial instalada (2003): 2.950 MWp(~1,2 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano)

32% Aumento de encomendas 2003

Fonte: PV News


Cogeração (CHP)Cogeração (CHP)

• Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, a partir de uma única fonte energéticaa partir de uma única fonte energética


Eficiência da recuperação de calor (55/70) = 78,6%

Eficiência Total ((30+55)/100) = 85,0%

Gas de Exaustão

Calor

Calor + Exaustão

Sistema de Energia Gerador

Combustível

Carga

térmica

Carga

Elétrica

Eletricidade

Caldeira de

Recuperação

100 unidades

70 unidades

30 unid.

15 unidades

55 unidades

CogeraçãoCogeraçãoAplicações, Combustíveis e Aplicações, Combustíveis e EquipamentosEquipamentos

Máquina Alternativa para Geração de Energia

Várias Aplicações Vários Combustíveis

Vários Equipamentos

Biomass for CHP


Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL

Foto cedida por: Gaz Metropolitan

Foto cedida por: Rolls-Royce plc

Ciclo de Coleta do Gás

do Aterro Sanitário

Sistema de tubos para coleta

do Gás

Filtro

Resfriador /

secadorProdução de Energia

Processo

Produção de Vapor

Compressor

Tocha

Cogeração Cogeração AplicaçõesAplicações

• Prédios individuaisPrédios individuais

• Comerciais e industriaisComerciais e industriais• CondominiosCondominios• Sistemas energéticos Sistemas energéticos

distritais (p.ex. distritais (p.ex. Comunidades) Comunidades)

• Processos industriaisProcessos industriais

Micro turbina em estufaCogeração à GFL para aquecimento distrital, Suécia

Cogeração, Prefeitura de Kitchener


Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan

Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCanFoto cedida por: Urban Ziegler, NRCan

Cogeração Cogeração Tipos de CombustívelTipos de Combustível

Foto cedida por: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

Geiser Geotérmico

Biomassa para Cogeração

• Combustíveis RenováveisCombustíveis Renováveis Resíduos de madeira Gas de Lixo (LFG) Biogás Subprodutos agrícolas Bagaço Reflorestamentos etc.

• Combustíveis fósseisCombustíveis fósseis Gas natural Diesel (óleo tipo #2) Carvão, etc.

• Energia GeotérmicaEnergia Geotérmica• Hidrogênio, etc.Hidrogênio, etc.



Cogeração Cogeração Equipmentos & TecnologiasEquipmentos & Tecnologias

• Equipamento de Equipamento de ResfriamentoResfriamento Compressores Chillers de Absorção Resfriamento livre

• Geração de eletricidadeGeração de eletricidade Turbina à Gás Turbina à Gás de ciclo

combinado Turbina à vapor Máquina Alternativa Célula de combustível Etc.

• Equipamento de CalorEquipamento de Calor Caldeiras Recuperadores de calor

Foto cedida por: Rolls-Royce plc

Turbina à Gás

Equipamento de Resfriamento


Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan

Cogeração Cogeração MercadoMercado

Previsão de crescimento de 10 GW por anoPrevisão de crescimento de 10 GW por ano247 GW247 GWMundoMundo

Substituindo energia de carvãoSubstituindo energia de carvão0,5 GW0,5 GWÁfrica do África do SulSul

Maioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcarMaioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcar4,1 GW4,1 GWÍndiaÍndia

Ger. distribuída associada à instal. fora da redeGer. distribuída associada à instal. fora da rede2,8 GW2,8 GWBrasilBrasil

Fortes incentivos para energias renováveisFortes incentivos para energias renováveis4,9 GW4,9 GWInglaterraInglaterra

Mercado crescente para Cogeração municipalMercado crescente para Cogeração municipal11 GW11 GWAlemanhaAlemanha

Cerca de 30% da eletricidade de CogeraçãoCerca de 30% da eletricidade de Cogeração65 GW65 GWRússiaRússia

Cogeração predominantemente à carvãoCogeração predominantemente à carvão32 GW32 GWChinaChina

Em expansão, políticas de apoio p/ CogeraçãoEm expansão, políticas de apoio p/ Cogeração67 GW67 GWEEUUEEUU

Maioria para papel e celulose e indústria de óleoMaioria para papel e celulose e indústria de óleo12 GW12 GWCanadáCanadá

ComentáriosComentáriosCapacidadeCapacidadeRegiãoRegião

Fonte: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE


Energias RenováveisEnergias RenováveisTecnologias para Calor e Tecnologias para Calor e RefrigeraçãoRefrigeração


Calor a partir da BiomassaCalor a partir da BiomassaTecnologia & Aplicações Tecnologia & Aplicações

Cavaco de Madeira

Planta de Calor

Prédios individuais e/ou aquecimento distrital

Foto cedida por: Wiseloger, Art DOE/NREL

Foto cedida por: Oujé-Bougoumou Cree Nation

• Combustão controlada de Combustão controlada de madeira, resíduos agrícolas, madeira, resíduos agrícolas, resíduos resíduos municipais, etc., para geração de municipais, etc., para geração de calorcalor


• No mundo:No mundo: A combustão de Biomassa fornece 11% das

Fontes Primárias de Energia (TPES) no mundo Mais de 20 GWth de sistemas de aquecimento à

combustão controlada

• Países em desenvolvimento:Países em desenvolvimento: Cocinação, aquecimento Nem sempre sustentável Africa: 50% da TPES India: 39% da TPES China: 19% da TPES

• Países industrializados:Países industrializados: Calor, eletricidade, fogões à lenha Finlandia: 19% da TPES Suécia: 16% da TPES Áustria: 9% da TPES Dinamarca: 8% da TPES Canadá: 4% da TPES EEUU: 68% de todos os renováveis

Mercado de Calor a partir da Mercado de Calor a partir da BiomassaBiomassa

Fonte: Ingwald Obernberger citing the Chamber of Agriculture and Forestry, Lower Austria

Foto: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST

Câmara de combustão

Fonte: IEA Statistics– Renewables Information 2003, Renewable Energy World 02/2003

01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000

New Installations of Small Scale (<100 kW) Biomass Heating Systems in Austria

Novas Instalações de Pequenos Sistemas de Aquecimento à Biomassa (< 100 kW) na Áustria


Aquecimento Solar do ArAquecimento Solar do ArTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

• Coletor não Coletor não envidraçado para pré-envidraçado para pré-aquecimento do araquecimento do ar

• O ar frio é aquecido O ar frio é aquecido quando passa pelos quando passa pelos pequenos orifiícios na pequenos orifiícios na placa metálica de placa metálica de absorção (Solarwallabsorção (SolarwallTMTM) )

• Um ventilador circula o Um ventilador circula o ar quente pelo prédioar quente pelo prédio

Painel

solar

perfurado

Ar

Fresco

Difusor da

parede

Ventilador


• Pré aquecimento do ar de Pré aquecimento do ar de ventilação, dos prédios ventilação, dos prédios com grandes volumes de com grandes volumes de ar frescoar fresco

• Também para secagem Também para secagem da colheitada colheita

• Custo competitivo para Custo competitivo para prédios novos ou grandes prédios novos ou grandes reformasreformas

Prédio Industrial

Secagem solar da colheita

Foto cedida por: Conserval Engineering

Mercado para Aquecimento Mercado para Aquecimento Solar do ArSolar do Ar


Foto cedida por: Conserval Engineering

Aquecimento Solar da ÁguaAquecimento Solar da ÁguaTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

• Coletores Envidraçados e não envidraçados Coletores Envidraçados e não envidraçados

• Armazenamento de Água (tanque ou piscina)Armazenamento de Água (tanque ou piscina)

Prédios Comerciais/Institucionais e Piscinas Aquacultura – Viveiro de Salmão


Mercado para Aquecimento Mercado para Aquecimento Solar da ÁguaSolar da Água

• Mais de 30 milhões de mMais de 30 milhões de m22 de de coletores pelo mundocoletores pelo mundo

• Europa:Europa: 10 milhões de m2 de coletores em

operação

Crescimento anual de 12%

Alemanha, Grécia e Áustria

Meta para 2010: 100 milhões de m2

• Forte mercado mundial para Forte mercado mundial para aquecedores solares de piscinasaquecedores solares de piscinas

• Barbados possui 35.000 sistemasBarbados possui 35.000 sistemas

Foto cedida por: Chromagen

Prédios Residenciais

Conjuntos Residenciais e Piscinas

Fonte: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory


Aquecimento Solar PassivoAquecimento Solar PassivoTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações

• Fornecimento de 20 a Fornecimento de 20 a 50% do aquecimento 50% do aquecimento ambiental necessário ambiental necessário na temporada de na temporada de aquecimentoaquecimento

• Ganhos solares obtidos Ganhos solares obtidos com janelas de alto com janelas de alto rendimento rendimento direcionadas para o direcionadas para o EquadorEquador

• Armazenam calor na Armazenam calor na estrutura do prédioestrutura do prédio

• Utilizam sombra para Utilizam sombra para reduzir ganhos do calor reduzir ganhos do calor do verãodo verão

Inverno

Verão

Foto: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website)

Aquecimento solar passivo de apartamentos


Mercado para Mercado para Aquecimento Solar PassivoAquecimento Solar Passivo

• Uso de janelas eficientes é Uso de janelas eficientes é prática comum nos prática comum nos padrões atuais de padrões atuais de aquecimento solar passivoaquecimento solar passivo

• Para novas construções – Para novas construções – acréscimo mínimo de acréscimo mínimo de custoscustos Janelas de Alta eficiência Orientação do Prédio Sombra adequada

• Custo competitivo para Custo competitivo para novos prédios e reformasnovos prédios e reformas

Prédios comerciais

Prédios residenciais



Foto cedida por: DOE/NREL

Bomba de Calor de Fonte Bomba de Calor de Fonte Subterrânea Tecnologia & Subterrânea Tecnologia & AplicaçõesAplicações

• Resfriamento e Resfriamento e aquecimento de aquecimento de água/ambientalágua/ambiental

• Eletricidade opera em Eletricidade opera em ciclo de compressão a ciclo de compressão a vaporvapor

• Calor extraído do solo no Calor extraído do solo no inverno e rejeitado do inverno e rejeitado do solo no verãosolo no verãoHorizontal Ground-Loop

Loop Vertical no solo


Mercado para Mercado para Bomba de Calor de Fonte Bomba de Calor de Fonte SubterrâneaSubterrânea

Prédios Comerciais, Industriais e Institucionais

Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL

GSHP Residencial • No mundo:No mundo: 800.000 unidades instaladas Capacidade Total de 9.500

MWth

Taxa de crescimento anual de 10%

• EEUU: 50.000 instalações EEUU: 50.000 instalações anualmenteanualmente

• Suécia, Alemanha e Suiça são Suécia, Alemanha e Suiça são maiores mercados Europeusmaiores mercados Europeus• Canada:Canada:

30.000+ unidades residenciais

3.000+ unidades industriais e comerciais

435 MWth instalados


Outras Tecnologias de Outras Tecnologias de Energia Limpa ComerciaisEnergia Limpa Comerciais

• Combustíveis: etanol e biodieselCombustíveis: etanol e biodiesel

• Sistemas eficientes de refrigeraçãoSistemas eficientes de refrigeração

• Motores de velocidade variávelMotores de velocidade variável

• Sistemas de iluminação e Luz do dia Sistemas de iluminação e Luz do dia eficienteseficientes

• Recuperação de calor de ventilaçãoRecuperação de calor de ventilação• OutrosOutros Foto cedida por: David and Associates

DOE/NREL

Foto cedida por: Robb Williamson/ NREL Pix

Iluminação eficiente e Luz do dia

Combustível oriundo de resíduo agrícola

Refrigeração eficiente no Rinque de Patinação


Tecnologias de Energia Limpa Tecnologias de Energia Limpa EmergentesEmergentes

• Energia térmica SolarEnergia térmica Solar

• Energia térmica OceânicaEnergia térmica Oceânica

• Energia das marésEnergia das marés

• Energia das correntes Energia das correntes oceânicasoceânicas

• Energia das ondasEnergia das ondas

• etc.etc. Foto cedida por: Sandia National Laboratories DOE/NREL

Planta de Energia Solar através de Parabólicas

Receptor central da Planta de Energia Solar



• Existem oportunidades Existem oportunidades de retorno comprovadode retorno comprovado

• Muitos casos de Muitos casos de sucessosucesso

• Mercado em expansãoMercado em expansão

• Estão disponíveis Estão disponíveis oportunidades para a oportunidades para a eficiência energética e eficiência energética e recursos para energias recursos para energias renováveisrenováveis

Foto cedida por: Michael Ross Renewable Energy Research

Foto cedida por: Price, Chuck

Sistema Hibrido Parks Canada de PV-Eólica (Arctico em 81°N)

Telefone PVFoto cedida por: Nordex Gmbh

Instalação de turbina eólica de 600 kW

ConclusõesConclusões


Perguntas ?Perguntas ?


Documents

Curso Análise de Projeto de Energia Limpa Status das Tecnologias de Energia Limpa Casa Solar Passiva Fazenda Eólica Foto cedida por: Nordex Gmbh Foto cedida