Viabilidadedaenergiahídrica,eólicaesolarnaszonasurbanas.

Potencialparaoquasezerodaenergia

MartimdeAlmeidaFernandesJosédeMello

DissertaçãoparaaobtençãodoGraudeMestreem

EngenhariaCivil

Orientador:ProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltasDuartePinheiro

Júri

Presidente:ProfessorDoutorAntónioAlexandreTrigoTeixeira

Orientador:ProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltasDuartePinheiro

Vogal:ProfessorDoutorNunoGonçaloCordeiroMarquesdeAlmeida

Julhode2016

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-II

Agradecimentos

Umespecialagradecimentoaomeuorientador,oProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltas

DuartePinheiro,pelasuaabertura,optimismoesimpatiaquepermitiramqueestetemasetornasse

realidadeepelasuainabaláveldisponibilidadeeapoioincondicionalqueaclararamorumoseguido.

Ao Engenheiro Francisco Sanchez pelas conversas sobre o tema, que remontam ao ano de 2008,

quandoomeuinteressepelosectorenergéticodeuosprimeirospassosdestacaminhada.

Ao Engenheiro Pedro Amaral Jorge e à Professora Helena Ramos, pelo auxílio prestado nos

momentosnecessários.

Ao Professor Luís Castro, pelo apoio dado ao longo do curso no Instituto Superior Técnico, uma

personalidade incontornável desta universidade e um exemplo para todos os membros da

comunidadeIST,pelasuadedicaçãoaoensinoepelasuafantásticarelaçãocomosalunos.

AgradeçoaosmeusamigosJaimeOlazabal,LuísMello,PedroAbreu,LopoSalgado,DavidAraújoe

António Rebello de Andrade, o grupo que me amparou ao longo destes anos fazendo jus ao

provérbio: “Queres ir depressa vai sozinho, queres ir longe vai acompanhado”. São amigos que

guardoparaavida.

Finalmente,eemespecial,aosmeuspais,àsminhasirmãseàminhanamorada,pelapaciênciaque

tiverame pela dedicaçãoquedemonstraram, acompanhando-menos bons emausmomentos ao

longodetodoestepercurso.

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-III

Resumo

Osetorenergéticotemumagrandeimportânciaparaaeconomiamundial,contudooconjuntode

tecnologias que produzem energia atualmente, constituem riscos e desafios que devem ser

ultrapassados,devidoàexcessivadependênciadecombustíveisfósseis.

Aszonasurbanasconsomemgrandepartedaenergiamundial,usualmenteproduzidalongedolocal

deconsumo(produçãocentralizada),sendonecessárioumaredededistribuiçãoetransporteatéao

localdeconsumofinal.Aproduçãolocal(produçãodistribuída),surgecomoumaoportunidadepara

reduzir a dependência energética dos países e aumentar a produção de energia de fontes

renováveis,aproximandoosedifíciosdosobjetivosdequasezerodaenergia.

Esta dissertação analisa a viabilidade de implementar fontes de energia renovável em edifícios,

explorando a possibilidade de instalar energia solar, térmica e fotovoltaica, e ainda mini-eólica.

Outrasfontesforamestudadas,talcomoabiomassaemini-hídrica,contudoassuascaracterísticas

levamaqueexistammaioresdificuldadesdeexploraçãoemanutenção.

Foidescobertoqueexisteumpotencialdepoupançamonetáriaemconsequênciadainstalaçãodas

tecnologias renováveis, com taxas internas de rentabilidade (TIR) interessantes, embora surjam

algunsdesafiosrelativosàaceitaçãosocialdosprojetos,asuaviabilidadelegaleaindaaexistência

deimpedimentosfísicos.

Adicionalmente, de forma a atingir o quase zero da energia, a implementação de tecnologias

renováveisnãoésuficiente.Medidasdevemteremconsideraçãofatoresculturaisehumanosque

permitamreduziraenergiaconsumida,assimcomoaoperaçãoemanutençãocorretadassoluções

instaladas.

Palavras chaves: Energia renovável, análise de viabilidade, rentabilidade, quase zero da energia,

necessidadesenergéticas,zonasurbanas

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-IV

Abstract

Theenergysectorisofutmostimportancefortheworldeconomy,howeverthecurrentenergymix

posesvariousdangersandchallengesthatmustbeovercome,duetoexcessivedependenceonfossil

fuels.

Urban areas consume large amounts of energy that is usually produced far away and must be

transportedtotheirfinalconsumptionarea.Localproductionconstitutesanopportunitytoreduce

energydependenceandboost renewableenergy consumption, contributing forbuildings to come

closertonearlyzeroenergyobjectives.

This thesisanalyses theviabilityof implementingrenewableenergysources inbuildings,by taking

into account mature technologies such as solar thermal and photovoltaic, as well as small wind

power.Othersources,suchasbiomassandsmallhydro,werestudied,howevertheircharacteristics

makethemmorecomplextoinstallandmaintain,hencewerenotconsideredfortheenergymixnor

intheeconomicviabilitymodel.

It was found that there is an opportunity to save money by implementing renewable energy

technologies,withinterestinginternalrateofreturn(IRR),althoughsomechallengesemergerelated

tosocialacceptance,legalissuesandphysicalconstraints.

Furthermore, to achieve nearly zero energy, implementing renewable energy technologies isn’t

enough. Measures should take into account cultural and human factors since these factors are

crucialtoreduceenergyconsumptionandforthecorrectmanagementoftherenewablesolutions

installed.

Keywords:Renewableenergy,economicviability,nearlyzeroenergybuildings,energymix,energy

needs,urbanareas

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-V

Siglaseacrónimos

Instituiçõeseorganizações

COP(ConferenceoftheParties)–Conferênciadaspartes

DGEG–DireçãoGeraldeEnergiaeGeologia

EEA(EuropeanEnvironmentalAgency)–AgênciaEuropeiadoAmbiente

ESHA(EuropeanSmallHydropowerAssociation)–AssociaçãoEuropeiadaMini-Hídrica

EWEA(EuropeanWindEnergyAssociation)–AssociaçãoEuropeiadaEnergiaEólica

IEA(InternationalEnergyAgency)–AgênciaInternacionaldaEnergia

IHA(InternationalHydropowerAssociation)–AssociaçãoInternacionaldaEnergiaHídrica

IRENA(InternationalRenewableEnergyAgency)–AgênciaInternacionaldasEnergiasRenováveis

LNEG–LaboratórioNacionaldeEnergiaeGeologia

NDC’s (NationallyDeterminedContribuitions)–ContribuiçõesPretendidas,DeterminadasemNível

Nacional

OECD(OrganisationforEconomicCo-operationandDevelopment)–OrganizaçãoparaaCooperação

eDesenvolvimentoEconómico

UNFCCC (United Nations Framework Convention for Climate Change) – Convenção-Quadro das

NaçõesUnidassobreaMudançadoClima

Unidadesenergia

Mtoe–Milhõesdetoneladasequivalentedepetróleo

toe–Toneladasequivalentedepetróleo

Conceitos

AQS–Águasquentessanitárias

GEE–Gasesdeefeitodeestufa

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VI

NEH–Netequivalenthours

SolarFV–Solarfotovoltaico

Compostosquímicos

CH4–Metano

CO2–Dióxidodecarbono

N2O–Óxidonitroso

Conceitoseconómicos

Capex(Capitalexpenditure)–Despesasdecapital

Opex(Operatingexpense)–Despesasdeoperação

Totex(TotalExpenditure)–Despesastotais

IVA–Impostosobreovaloracrescentado

LCOE(Levelizedcostofenergy)–Custoniveladodeenergia

O&M–Operaçãoemanutenção

SWOT (Strength Weaknesses Opportunities and Threats) – Forças, fraquezas, oportunidades e

ameaças

TIR–Taxainternaderentabilidade

VAL–Valoratualizadolíquido

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VII

Glossário

Dependênciaenergética–Anecessidadequeumpaístemdeimportarenergia,sejasobaformade

energiafinalousobaformadeenergiaprimária,parafazerfaceàssuasnecessidadesenergéticas.

Segurançaenergética–Acapacidadedeumpaísoulocalparafornecerenergiaparaconsumofinal

deformaconsistenteeininterrupta,demodoaqueapopulaçãopossasustentarassuasatividades.

Resiliênciadosistemaenergético–Aformacomoosistemaenergéticoproduzenergiaapartirde

fontesdiferentesdeformaagarantirasegurançaenergética.

Produção centralizada–Produçãodeenergia (usualmente) emgrandeescala, sendonecessárioo

seutransporteoutransmissãoatéaolocaldeconsumo.

Produçãodistribuída–Produçãodeenergiaanívellocaleàescaladoedifíciooubairro,nãosendo

necessárioredesdetransporteedistribuiçãoextensas.

CustoNivelado de Energia –Os custos totais de uma fonte de energia ao longo da sua vida útil,

considerando o custo de instalação, reposição, manutenção, impostos e financiamento, dividido

pelaproduçãototaldaenergiaaolongodavidaútil.

Quase zero da energia –Quando a diferença entre a energia produzida localmente e o consumo

localseaproximadozero.

Culturas energéticas – Produção e preparação de matérias primas orgânicas para produção de

energia.

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VIII

Índice

Agradecimentos............................................................................................................................................II

Resumo...........................................................................................................................................................III

Abstract...........................................................................................................................................................IV

Siglaseacrónimos.........................................................................................................................................V

Glossário.......................................................................................................................................................VII

Índice............................................................................................................................................................VIII

Índicedetabelas..........................................................................................................................................XI

Índicedefiguras...........................................................................................................................................XIII

1. Introdução..................................................................................................................................................1

1.1. Contextualização............................................................................................................................11.2. Objetivo,hipóteseemetodologia.............................................................................................21.3. Estruturadatese...........................................................................................................................4

2. Osectorenergético:dadoseestatísticas......................................................................................6

2.1. Contextoehistória........................................................................................................................62.2. Aspetosfundamentais,indicadoreseestatísticas..............................................................82.2.1. Energiaprimária.....................................................................................................................................82.2.2. Energiaelétrica......................................................................................................................................132.2.3. Energiatérmica......................................................................................................................................152.1.1. Aquecimentoglobal.............................................................................................................................162.1.2. Emissõesdegasesdeefeitodeestufa.........................................................................................17

3. Energiaemzonasurbanas..............................................................................................................20

3.1. Eficiênciaenergética.................................................................................................................203.2. Consumosdeenergia................................................................................................................213.3. Fornecimentolocaldeenergiasrenováveis......................................................................253.4. Desafios..........................................................................................................................................273.5. Emsíntese.....................................................................................................................................29

4. Energiasrenováveis..........................................................................................................................30

4.1. Contextualização.........................................................................................................................30

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-IX

4.2. Energiahídrica............................................................................................................................314.2.1. Tipologias.................................................................................................................................................314.2.2. Dimensionamento................................................................................................................................324.2.3. Custos.........................................................................................................................................................334.2.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................34

4.3. Energiaeólica..............................................................................................................................354.3.1. Tipologias.................................................................................................................................................354.3.2. Dimensionamento..................................................................................................................................37

4.3.3. Custos.........................................................................................................................................................404.3.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................41

4.4. Energiasolartérmica................................................................................................................424.4.1. Tipologias.................................................................................................................................................424.4.2. Dimensionamento................................................................................................................................434.4.3. Custos.........................................................................................................................................................464.4.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................46

4.5. Energiasolarfotovoltaica........................................................................................................474.5.1. Tipologias.................................................................................................................................................474.5.2. Dimensionamento................................................................................................................................484.5.3. Custos.........................................................................................................................................................494.5.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................51

4.6. Biomassa.......................................................................................................................................514.6.1. Tipologias.................................................................................................................................................514.6.2. Dimensionamento................................................................................................................................524.6.3. Custos.........................................................................................................................................................534.6.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................54

4.7. Síntese............................................................................................................................................55

5. Análisedeviabilidade.......................................................................................................................56

5.1. Comosedefineviabilidade.....................................................................................................565.2. Modelodeanálisedaviabilidade..........................................................................................575.3. Casodeestudo–moradia........................................................................................................585.3.1. Característicasmoradia.....................................................................................................................585.3.2. Necessidadesenergéticas..................................................................................................................595.3.3. Potencialderenováveis.....................................................................................................................605.3.4. Conjuntodesoluções..........................................................................................................................62

5.4. Casodeestudo–edifício..........................................................................................................665.4.1. Característicasedifício.......................................................................................................................66

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-X

5.4.2. Necessidadesenergéticas..................................................................................................................675.4.3. Potencialderenováveis.....................................................................................................................675.4.4. Conjuntodesoluções..........................................................................................................................685.4.5. Análiseeconómica................................................................................................................................71

6. Discussãoderesultados...................................................................................................................76

6.1. Aabordagemefetuada..............................................................................................................76

6.2. Limitaçõesdomodelo...............................................................................................................78

6.3. Análisesensibilidades..............................................................................................................79

6.4. Implicaçõesdosresultados.....................................................................................................81

6.5. Aplicabilidade..............................................................................................................................82

6.6. Recomendações..........................................................................................................................83

7. Conclusões............................................................................................................................................87

Referências...................................................................................................................................................91

Anexos................................................................................................................................................................I

AnexoI-EnergiaConceitosRelevantes................................................................................................IIDependênciaenergética.......................................................................................................................................IIInvestimentoeInovação....................................................................................................................................III

AnexoII–Energiaevoluçãoecapacidadesinstaladas.....................................................................VEvolução......................................................................................................................................................................VCapacidadeInstalada........................................................................................................................................VIII

AnexoIII–Cálculodaviabilidadeeconómica..............................................................................XVIII

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XI

Índicedetabelas

Tabela3.1–Consumodeenergiaprimáriapercapitaemcidadesportuguesas................................22

Tabela3.2–Oportunidadeseameaçasdetecnologiasrenováveisemmeiourbanoàescalada

moradiaedoedifício...........................................................................................................................26

Tabela4.1–Rendimentoefatordecargadastipologiashídricas......................................................33

Tabela4.2–Custosdeprojetoshídricos.............................................................................................34

Tabela4.3–Evoluçãodapotênciainstaladadeenergiamarítima,emMW.......................................35

Tabela4.4–Rendimentoefatordecargadastipologiaseólicas........................................................39

Tabela4.5–Custosdeprojetoseólicos...............................................................................................40

Tabela4.6–Crescimentoesperadodaproduçãoelétricaporfontedeenergiaentre2010-2040.....41

Tabela4.7–Rendimentoefatordecargadastipologiassolarestérmicas.........................................45

Tabela4.8–Custosdeenergiasolartérmica......................................................................................46

Tabela4.9–Rendimentoefatordecargadastipologiassolaresfotovoltaicas..................................48

Tabela4.10–Custosdeprojetosfotovoltaicos...................................................................................50

Tabela4.11–RendimentoefatordecargadastipologiasdeBiomassa.............................................53

Tabela4.12–Custosdeenergiadebiomassa.....................................................................................53

Tabela4.13–Factosenúmerosdasenergiasrenováveis....................................................................55

Tabela4.14–Factosenúmerosdasenergiasrenováveis....................................................................55

Tabela5.1–Característicaseinputsparaumamoradianocasobase...............................................59

Tabela5.2–Característicasdoconsumoanualdeumamoradiaparaocasobase............................60

Tabela5.3–Característicasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergia........................................60

Tabela5.4–Inputsassociadosacondiçõesatmosféricas...................................................................61

Tabela5.5–Inputsparaocálculodaáreadecoletoressolares.........................................................62

Tabela5.6–Cálculodaáreadecoletoressolares...............................................................................62

Tabela5.7–Inputsparacálculodaáreademódulosfotovoltaicos....................................................63

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XII

Tabela5.8–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicos......................................................................63

Tabela5.9–Cálculodonúmerodeturbinaseólicasparaproduçãodatotalidadedasnecessidades64

Tabela5.10–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólica...........................65

Tabela5.11–Inputsparaocálculodapotênciademini-hídrica........................................................65

Tabela5.12–Produçãodeenergiaelétricaapartirdefotovoltaico,eólicaehídrica.........................66

Tabela5.13-Característicaseinputsparaumedifícionocasobase..................................................66

Tabela5.14–Áreasdoedifícionocasobase......................................................................................67

Tabela5.15-Característicasdoconsumoanualdeumedifícioparaocasobase..............................67

Tabela5.16–Característicasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergia.....................................68

Tabela5.17–Cálculodaáreadecoletoressolaresparaumedifício..................................................69

Tabela5.18–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicos....................................................................69

Tabela5.19–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólica...........................70

Tabela5.20-Investimentoecustosdeoperaçãoparadiferentesfontesdeenergia.........................71

Tabela5.21–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasenumamoradia......73

Tabela5.22–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasedeumedifício.......75

Tabela6.1–AnáliseSWOTparaumasoluçãocommix......................................................................81

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XIII

Índicedefiguras

Figura2.1–Consumodeenergiaporfonteem%,entre1800-2008....................................................7

Figura2.2–Evoluçãodoconsumodeenergiaanualpercapitaentre1800e2008porfontede

energia,emGJ.......................................................................................................................................7

Figura2.3–Energiaprimáriamundialproduzidaporfontedeenergia,em1973e2012,emMtoe...9

Figura2.4–Evoluçãoenergiaprimáriamundialfornecida,entre1971e2012,emMtoe,porfontede

energia...................................................................................................................................................9

Figura2.5-EvoluçãoproduçãodaenergiaprimáriafornecidanaEuropa,entre1990e2012,em

Mtoe,porfontedeenergia.................................................................................................................10

Figura2.6–OfertadeenergiaprimáriaemPortugal,porfontedeenergia,entre1990e2013,em

ktoe......................................................................................................................................................11

Figura2.7–Evoluçãodoconsumofinaltotaldeeletricidadeentre1990e2010porsectornaUE-27,

emTWhe%.........................................................................................................................................13

Figura2.8–Diagramadeconsumototaldeenergiaaolongododia15-08-2015..............................14

Figura2.9–EmissõesdeCO2mundial,porsector,em%,em2012....................................................18

Figura3.1–ConsumoanualdeenergiaelétricapercapitatotaleportipodeconsumoemPortugal,

emkWh................................................................................................................................................23

Figura3.2–Consumodeenergiaelétricaportipodeconsumoem2014,em%...............................23

Figura3.3–ConsumodeenergiafinalemedifíciosparaváriospaísesdaUEem2012,emkWh/m224

Figura3.4–Necessidadestérmicasdediferentesindustrias..............................................................25

Figura3.5–Temasprincipaisdaseco-cidades....................................................................................28

Figura4.1–Númerohorasanualdegeraçãodeenergiaemcargamáxima(fatordecarga)para

diferentesfontesdeenergianosuldaEuropa....................................................................................30

Figura4.2–Evoluçãodadimensãoepotênciadasturbinasentre1980e2010.................................36

Figura4.3–Tipodefundaçõesdeeólicaoffshore..............................................................................38

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XIV

Figura4.4–Evoluçãoeprevisãodoinvestimentoanualemonshoreeoffshoreaté2030emmilhões

deeuros...............................................................................................................................................42

Figura4.5–MapadamédiadairradiaçãosolaremPortugalentre1994e2013...............................44

Figura4.6–Evoluçãodocustodomóduloente2009–2014.............................................................50

Figura4.7–Evoluçãodaproduçãomundialdeaglomeradosegranuladosdemadeiraentre2004e

2014emmilhõesdetoneladas............................................................................................................54

Figura5.1–Plantaeperspetivadamoradiaequarteirão...................................................................59

Figura5.2–Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasinclinadas............................61

Figura5.3-Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasplanas..................................61

Figura5.4–Plantaeperspetivadoedifícioequarteirão....................................................................67

Figura5.5–Gráficodaproduçãoenecessidadesdeenergiaelétricanumedifício,commódulos

fotovoltaicosemini-eólica(unidadeskWh)........................................................................................70

Figura5.6–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumamoradia..........................................72

Figura5.7–Proporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadamoradia

emkWh................................................................................................................................................72

Figura5.8–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumedifício.............................................74

Figura5.9–Proporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadeum

edifícioemkWh...................................................................................................................................74

Figura6.1–Resultadosdaanálisedesensibilidadeparaamoradia...................................................80

MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XV

Esforço,Dedicação,DevoçãoeGlória.

1

1. Introdução

1.1. Contextualização

Osetorenergéticoéfundamentalpoisasseguragrandepartedasatividadesdodiaadia,tantodas

pessoas como das empresas e dos países, contribuindo para o seu funcionamento e crescimento

(Meadows,Meadows, Randers, & Behrens, 1972). A evolução do sector energético ao longo dos

anoslevouacrescimentoseconómicosexponenciaisepermitiuqueaspessoasaumentassemasua

qualidade de vida, algo que se reflete no crescimento demais de três vezes emeia do consumo

energéticopercapitaanualentre1800e2000,de20GJpara70GJ(Roser,2015).

O aumentopopulacional dosúltimos séculos, levou à edificaçãode grandes centrosurbanos com

consumos de energiamuito elevados. Tendo em conta amagnitude do consumo de energia em

meios urbanos, onde na europa 80% da energia consumida está associada a atividades urbanas

(Oecd/IEA, 2014), a concentração de poluentes nesses locais é excessiva, levando a uma

deterioraçãodaqualidadedevidaeatédosprópriosedifíciosemonumentos.

A evolução do sector energético não surge, contudo, sem um custo externo adicional para a

sociedade como um todo, existindo um impacte global para além dos impactes locais. Assim, ao

longo das últimas décadas, tem-se vindo a identificar e analisar os impactes prejudiciais da

exploração de combustíveis fósseis para o meio ambiente, para os países e para a economia

(Ferroukhietal.,2014).

Uma ordem mundial dependente de combustíveis fósseis , constitui um problema grave cuja

correção exige um processo de transição demorado, extenso e extremamente difícil, tal é a

predominância deste tipo de combustíveis nomix (combinação de formas de energia) energético

atual.Adicionalmente,ocrescimentoeconómicodospaísesdesenvolvidosfoisustentado,emgeral,

pelo consumo de combustíveis fósseis, logo o desafio atual é encontrar soluções que permitam

edificar as economias em desenvolvimento recorrendo a fontes renováveis e a estratégias de

aumentodeeficiência,tantonoconsumocomonaproduçãodeenergia(MacKay,2009).

O consumo de energia em meio urbano deve-se principalmente a três sectores fundamentais:

edifícios, industria e transportes. O edificado é responsável por 40 % do consumo de energia

primária,sendocadavezmaispressionado,nomeadamentedesdelogopelacertificaçãoenergética

a partir de 2020para ser quase zero de energia (Pinheiro, 2010). Tal exige não só a reduçãodos

consumosatravésdeváriostiposdemedidasconstrutivasedeeficiêncianoconsumo,bemcomoo

2

fornecimentodeenergiasrenováveisdeorigemlocalenaenvolvente,potenciadonoquasezerode

energiaparaosnovosedifíciospúblicosem2018eprivadosem2020queacertificaçãoenergética

passaaobrigar(Decreto-Lein.º118/2013de20deagosto)

Asenergiasrenováveisperspetivam-secadavezmaiscomofontesviáveisecompetentesparacriar

umnovopanoramamundialnosectorenergético,ondeoscombustíveisfósseistêmmenorpesono

mix.Éatravésdaevoluçãotecnológicaqueseexploramnovasfontesdeenergia,tendoexistidoum

grande crescimento de energias renováveis no final do século 20, proveniente de uma maior

consciência social,ambientaleeconómica,quecontribuiuparaalgumas fontes seremhojeviáveis

(Gore,2006).

As energias hídrica, eólica, solar e biomassa têm vindo a crescer, inseridas num mundo de

combustíveis fósseis, tendo potencial para complementarem as fontes de energia existentes e,

eventualmente,assubstituírememmuitasáreas(Gore,2006).

Hoje, é evidente a aposta mundial na exploração de fontes de energia renovável, seja na

acumulaçãodeextraordináriosvolumesdeáguaarmazenadosemalbufeiraspordetrásdeenormes

barragens, onde turbinas aproveitam o potencial energético da queda de água, ou nas turbinas

eólicas onde o vento sustenta a sua rotação, ou ainda nas vastas áreas de painéis solares

alimentadas pela energia solar. A queima de resíduos florestais apresenta-se como uma solução

interessantedopontodevistaenergético,mastambémsocialeambiental,permitindoalimpezae

renovaçãodezonasflorestais(IEA,2015a).

Algumas zonas urbanas têm potencial energético elevado, podendo contribuir para um sistema

energéticomaisdescentralizadoeresiliente,sendoumproblemamenosabordado.Assim,torna-se

interessante abordar as oportunidades e desafios da energia em meio urbano, analisando a

ViabilidadedaEnergiaHídrica,SolareEólicanasZonasUrbanas,eoPotencialparacontribuirparao

quaseZerodaEnergianoedificadoquealegislaçãoperspetiva.

1.2. Objetivo,hipóteseemetodologia

Objetivo

A presente dissertação pretende explorar a viabilidade de fontes de energia renováveis,

concretamente a energia hídrica, eólica, solar e biomassa em zonas urbanas, analisando a

viabilidadesegundoassuasdiferentesvertentes:tecnológica,física,económica,socialeambiental.

3

Pretende-secriarummodeloquepermitaconjugardiferentestecnologiasrenováveisparamoradias

eedifícios,explorandoaviabilidadedeváriassoluçõesparadiferentesescalas,avaliandoopotencial

paraoquasezerodaenergiadecorrentedaimplementaçãodeumnovomixenergético.

Hipótese

Ahipótesedatese,équeexisteumpotencialenergéticorenovávelporexplorarelevadonaszonas

urbanas,quepodecontribuirparaareduçãodadependênciadecombustíveisfósseis,equepoderá

serviável.

Aimplementaçãodeenergiasrenováveis,atravésdumacombinaçãodediversasfontesdeenergia,

podeserimportantenaevoluçãodasconstruções,zonasurbanasecidades,visandoumfuturocom

menos emissões de gases de efeito de estufa e com uma independência energética que permita

umagestãomaisinteligenteeeficientedosrecursosenergéticos.

Devido ao elevado preço da eletricidade para o consumidor final, podem existir condições de

poupança interessantes para quem instala as soluções renováveis, podendo assim reduzir a sua

faturaenergéticaanualealteraroparadigmadosedifícioscomoapenasconsumidoresenergéticos.

Metodologia

Para atingir o objetivo proposto, começa-se por analisar a estrutura do sector energético,

explorando os principais dados e estatísticas, de forma a compreender o seu funcionamento e

importância.Aanálisedestetemapretendeclarificardiversostermos,talcomoaenergiaprimáriae

final, e dar a entender a importânciadasdiversas formasdeenergia e a preponderânciade cada

fontenaproduçãoeconsumodeenergia.

Emsegundo lugar, investiga-seo funcionamentodas zonasurbanascomocentrosdeconsumode

energiaepesquisa-seamelhorformadeimplementarasfontesdeenergianessasáreas.Identifica-

seo consumodeenergiano sectordomésticoemLisboaenoPorto,dividindoentre consumode

energiaparaaquecimentodeáguasquentessanitárias(AQS)eenergiaelétrica.

Deseguida,faz-seumapesquisabibliográficasobreasdiferentesfontesrenováveisnomeadamente

a hídrica, a eólica, a solar e a biomassa, de modo a estudar as suas características principais e

aplicabilidade,fazendo-seumlevantamentodasdiversastecnologiasexistentes.

Finalmente, procede-se à construção do modelo de análise de viabilidade, onde se exploram

diferentes opções demix de energia, tendo em conta a possibilidade de instalação de diferentes

tecnologias,eondesefazumaavaliaçãodaviabilidadeeconómicautilizandoummodelodefluxos

de caixa atualizados. Este modelo pode ser aplicado a moradias e edifícios com consumos e

dimensõesdiferentes.

4

Deformaainterpretarmelhorosresultados,efetua-seumaanálisedesensibilidade,ondeseverifica

como se alteramos resultados consoante alterações dos inputs, podendo desta forma discutir as

opçõesexistentes.

1.3. Estruturadatese

Comoresultadodessametodologia,ateseestáestruturadanosseguintessetecapítuloseanexos:

Capítulo1–Introdução

Começa-seporapresentarotemaalvodeestudoeasua importânciageral, introduzindoalgumas

problemáticas de interesse para a dissertação. Define-se a hipótese que se pretende validar e o

objetivo da dissertação, apresentando a metodologia e a estrutura utilizada para alcançar esse

objetivo.

Capítulo2–Osectorenergético:dadoseestatísticas

Nestecapítulo,faz-seumaanálisegeraldosetorenergético,ondesedestacamosprincipaisdadose

estatísticas.Oprinipalobjetivodeste capítuloéoferecer informaçãoorganizadapara simplificar a

compreensão deste setor para o leitor, e permitir construir fundações estáveis para os capítulos

seguintes.

Capítulo3–Energiaemmeiourbano

Oterceirocapítulointroduztemascomoaeficiênciaenergéticaeosvaloresdoconsumodeenergia

emmeiourbano.Assim,épossívelsintetizardadosdeconsumosdeenergiaprimária,salientandoa

proporçãoconsumidaparaaquecimentodeáguasquentessanitárias(AQS)eaproporçãodeenergia

elétrica. Apresenta-se a aplicabilidade de algumas fontes de energia emmeio urbano através de

umaanálisedevantagensedesvantagensefaz-seumlevantamentodaevoluçãofuturadascidades.

Capítulo4–Energiasrenováveis

Este capítulo dedica-se ao estudo das fontes de energia renovável alvo de estudo na presente

dissertação.Estuda-seasdiversastipologiasdecadafontedeenergiaefaz-seumlevantamentodos

principaiscomponentesecustos,assimcomodorendimentodecada fonteequalasuaevolução

futura.Estecapítuloreunedadosrelativosaocustode investimentoedeoperaçãoemanutenção

dasdiferentes fontes, eoferece informação sobreodimensionamentodasdiferentes tecnologias,

dadosestesqueserãoutilizadosnocapítuloseguinte.

5

Capítulo5–Análisedecaso

Apósarecolhadeinformaçãorelevante,procede-seàelaboraçãoetestedomodelo,utilizandoos

dados recolhidos no capítulo 3 e 4.Omodelo é aplicado a umamoradia e a umedifício, para os

quais se simula a incorporação de um mix de tencologias renováveis e avalia-se a poupança

monetáriapotêncialfaceaocenáriodecompradeenergiaàredeelétrica.

Capítulo6–Discussãoderesultados

Nocapítulo6,analisam-seos resultadosprocedendoàanálisedesensibilidadeparacompreender

como se alteram os resultados face a diferenças nos inputs. É feita uma recomendação para

implementaçãodeenergiasrenováveisemmeiourbano,abrindoportasparaestudosfuturos.

Capítulo7-Conclusão

Finalmente, salientam-se as principais conclusões da dissertação e quais os desenvolvimentos

futurosdeformaaestudarmaisdetalhadamentetodosostemas,tendoemvistaaimplementação

detecnologiasrenováveisemmeiourbano.

Anexos

Anexo1–Energia:conceitosrelevantes

Anexo2–Energia:evoluçãoecapacidadesinstaladas

Anexo3–Cálculodaviabilidadeeconómica

6

2. Osectorenergético:dadoseestatísticas

2.1. Contextoehistória

OsectorenergéticomodernonascecomaRevoluçãoIndustrialente1780e1840,devidoàtransição

de processos de produção ineficientes e locais, para processos mais automatizados e de maior

escala,requerendomaioresquantidadesdeenergia.Comapersistênciadocrescimentoeconómico

e do progresso tecnológico, deu-se a Segunda Revolução Industrial entre 1880 e 1920, onde se

iniciouaeletrificaçãodefabricasecidades,criou-seaproduçãoemmassaedesenvolveu-sealinha

deprodução(More,2000).

A forma de energia mais utilizada antes da industrialização era a força manual e a lenha, cujo

objetivoeradesustentaramaioratividadeeconómicadaépoca,aagricultura,esustentaroestilo

devidadesubsistência(Persson,1988);(Galesetal.,2007).

A procura de energia aumentava exponencialmente com a construção de caminhos férreos, de

fábricas para produção metalúrgica e de cidades progressivamente maiores, e a oferta

acompanhavaatravésdacrescenteexploraçãodeminasdecarvão,tornandoocarvãonumafonte

deenergiaprogressivamentemaisimportante(Ferroukhietal.,2014).

A Segunda Revolução Industrial ocorre no final do século 19 e início do século 20, aumentando

exponencialmente o uso de energia, em especial o vapor, proveniente da queima de carvão,

tornandoocarvãonafontedeenergiamaissignificativa(Figura2.1).Aeletricidadeemmaiorescala

foi difundida e as telecomunicações de fonte elétrica tornaram-se uma realidade.Umaespiral de

entusiasmoporinvençõesoriginounovastecnologiaselevouàdescobertadenovasmatérias,entre

asquaisopetróleo,cujautilizaçãocomofontedeenergiaaumentougradualmenteatésubstituiro

carvãocomoprincipalfontedeenergia,nasegundametadedoséculo20(Mokyr,1998).

7

Figura2.1–Consumodeenergiaporfonteem%,entre1800-2008(Roser,2015)

Esta transformaçãomundial foi gerada por uma cadeia de eventos que se autoalimentaram para

criar o sector energético que conhecemos hoje. Avanços tecnológicos permitiram maiores

eficiênciasparaaproduçãodeenergia,maiorquantidadedeenergiaecustosmenoresabriuespaço

paraa industrialização,econsequenteurbanização,eapopulaçãomundialpassouanecessitarde

maiorquantidadedeenergiaparaacompanharosseusnovoshábitos(Roser,2015).Enquantoque

noano1800seconsumiaaproximadamente20GJpercapita,osvaloresaumentaramgradualmente

até ao início do século 20 e posteriormente cresceram drasticamente até ao Século 21 onde se

fixarampertodos70GJanuaispercapita(Figura2.2).

Figura2.2–Evoluçãodoconsumodeenergiaanualpercapitaentre1800e2008porfontedeenergia,emGJ(Roser,2015)

Odesafioatualconsisteemutilizarosrecursosnaturaiscommaioreficiênciademodoamitigaros

efeitosadversosdaexploraçãodefontesdeenergiapoluentese,simultaneamente,integrarfontes

Ano

Biocombustíveis Carvão Petróleo GásNatural Hídrica Nuclear

Consum

oEn

ergéticoMun

dialperCap

ita(G

J)

Ano

Biocombustíveis Carvão Petróleo GásNatural Hídrica NuclearCo

nsum

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Ene

rgiaM

undial

(EJ)

8

renováveisdeenergiaquepermitemreduzirapegadaecológicapercapitaeassim,criarummundo

maissustentávelcomperspetivasfuturasmaisotimistas(MacKay,2009).

2.2. Aspetosfundamentais,indicadoreseestatísticas

Nesta secção analisam-se os diferentes indicadores e estatísticas referentes ao sector energético,

nomeadamente a energia primária e final, a energia elétrica e térmica, as emissões de gases de

efeito de estufa e o aquecimento global. A análise pode abordar três níveis distintos: o sector

energéticomundial,aníveleuropeue,finalmente,Portugal.

2.2.1. Energiaprimária

Para compreender o sector energético é necessário conhecer o seu funcionamento, avaliando a

quantidadedeenergiaexistente, seja anívelmundial, europeuounacional.Aenergiaprimária1é

um termoutilizadoparaquantificar a energia diretamente contida em recursos naturais antes da

suaconversãoparautilizaçãofinal(Ayresetal.,2006).

Mundialmente

Em1973,aenergiaprimáriamundial fornecidaeraequivalentea6000Mtoe,valorqueem2012

ultrapassava os 13 000 Mtoe (Figura 2.3). Observa-se um crescimento de mais de 100%,

demonstrandoaevoluçãodaseconomiasmundiaiscomforteutilizaçãodeenergiaparaaprodução

de bens e prestação de serviços, de modo a satisfazer necessidades da população mundial

crescente.

Afontedeenergiacommaiorpeso,tantoem1973comoem2012,éopetróleocujapredominância

foireduzidade46,1%para31,4%,frutodoaumentodeporçãodaenergiaderivadadocarvão,gás

naturalenuclear(Figura2.3).

1Oconsumodeenergiaprimáriadescreveaquantidadetotaldeenergiaconsumida,somandoaestevalorasperdasocorridasdurantea

geração,transmissãoedistribuiçãodeenergia.Poroutrolado,aproduçãodeenergiaprimáriarepresentaaenergiaproduzida,somandoa

estevalorimportaçõesdeenergiaesubtraindoexportaçõesdeenergia(IEA,2015c).

9

Figura2.3–Energiaprimáriamundialproduzidaporfontedeenergia,em1973e2012,emMtoe(IEA,2014a)

Entre1971e2012,atendênciaéclaraeapontaparaumamaiorexploraçãodetodasasfontesde

energia,emqueaproduçãototalmaisqueduplicanessemesmoperíodo.Destaqueparaodomínio

evidentedas fontesdeenergia fóssil,quecontinuama representar80%daenergia consumida tal

comoacontecianadécadade90(Bank,2014).

Asfontesdeenergianãofósseissãoosbiocombustíveiscom1,337Gtoe,nuclearcom0,641Gtoe,

hídricacom0,321Gtoeeoutrasfontescom0,147Gtoe(Figura2.4).Aenergiaeólicaesolarainda

sãoenergiascompequenarelevânciaparaaenergiaprimária.A transiçãodecombustíveis fósseis

paranãofósseisédemoradaemuitasvezesasmedidasadotadasparapermitirestatransiçãosão

mitigadaspeloelevadocrescimentodaproduçãomundial,sendoassimdifícilreduziraemissãode

poluentestalcomooCO2(IEA,2014a).

Figura2.4–Evoluçãoenergiaprimáriamundialfornecida,entre1971e2012,emMtoe,porfontedeenergia

(IEA,2014a)

Carvão Petróleo GásNatural Nuclear

Hídrica Biocombustíveis Outros

Energia

Prim

ariaMun

dial

Fornecida,M

toe

10

Europa

Naunião europeia a evolução da produção da energia primária ao longo dos últimos 20 anos foi

relativamenteconstante,sematendênciadecrescimentoobservadanopanoramamundial,devido,

por um lado, à estagnação populacional e, por outro lado, devido à fase de desenvolvimento da

economiaEuropeia.Entre1990e2006verifica-seumaligeiratendênciadecrescimentoquelevaa

energiaprimariaproduzidaavalorespróximosde1800Mtoe,umpoucosuperioraoatualvalorde

1644Mtoe.Em1990aproduçãodeenergiaprimáriaerasimilaràde2012,comvaloresaatingirem

os1637Mtoe.

Existeumaclaracorrelaçãoentreaproduçãodeenergiaprimáriaeaevoluçãodaeconomia,sendo

evidenteumaquebranaenergiaprimárianosanosdecrise,entre2008e2012, sendoexpectável

queexistaumaligeirarecuperaçãonosanosseguintes.

A energia hídrica tem importância em alguns países europeus, contudo a sua capacidade está

relativamentesaturadadevidoàexploraçãodos locaismaisrentáveis(IEA,2012), logomanteve-se

constantedesde1990.

Asenergiasrenováveis (excluindoahídricaebiomassa),erampraticamente inexistentesem1990,

contudo, crescerambastante na última década e são hoje uma fonte não negligenciável, embora

representemapenas2,0%dototalem2012(Figura2.5).

Figura2.5-EvoluçãoproduçãodaenergiaprimáriafornecidanaEuropa,entre1990e2012,emMtoe,porfontedeenergia(IEA,2015a)

Carvão Petróleo GásNatural Nuclear Hídrica Biocombustíveis Solar/Eólica/Outros

11

Apesar de não ter existido uma alteração significativa nos valores totais da produção de energia

primária na europa ao longo dos últimos 20 anos, verificam algumas alterações na repartição da

produçãodeenergiaprimária,porfontedeenergia,combastanteinteresse.

Em 1990 o petróleo representava 36,8% da energia primaria produzida enquanto que em 2012

representa 32,1%.Amaior alteraçãoéo carvãoque reduz a suaproporçãode27,7%para 17,7%

desde1990.

Estareduçãoéexplicadaprincipalmentepelamaiorproduçãodegásnatural,quepassoude18%no

iniciodadécadade90parapertode24%em2012etambémpeloaumentodaenergiadebiomassa

eresíduosqueaumentouoseupesode2,7para8,3.Ainstalaçãodecentraisnuclearesemalguns

países, nomeadamente em França e na Alemanha, permitiu que a energia nuclear passasse a

representar14%daenergiaprimariaproduzidaquandorepresentava12,7%em1990.

Portugal

EmPortugal,oconsumototaldeenergiaprimáriacresceumuitosignificativamentedesdeadécada

de70ondeovalorerade7000ktoe, sendoqueovalormaisque triplicouaté2006, situando-se

acimade25000ktoe.Estatendênciadecrescimentoinverteu-seapartirde2006,atingindo21000

ktoeem2012,valorestepróximodaqueleverificadonoanode1995(Figura2.6).

Figura2.6–OfertadeenergiaprimáriaemPortugal,porfontedeenergia,entre1990e2013,emktoe(IEA,2015a)

UmagrandepartedaofertadeenergiaprimáriaemPortugalprovémdopetróleo,tendênciaclara

desdeosanos70emquemaisde70%daenergiaprimáriaeradessa fonte. Em2004,opetróleo

Carvão Petróleo GásNatural Nuclear Hídrica Biocombustíveis Solar/Eólica/Outros

12

representava 58% da oferta de energia primária em Portugal, sendo que em 2013, este valor foi

reduzidopara45%(DGEG,2015a).

O carvão tinha pouco peso na oferta de energia primária até aos anos 80 em que a sua porção

aumentoubastante, chegandoa representar18%nosanos90,emborao seucontributo se tenha

reduzidoao longodosanos.Em2004representava13%,valormuitopróximodos12%verificados

em2012(IEA,2015a).

O gás natural representava 13% do total em 2004, passando para 17% em 2012, causando uma

reduçãonopesodopetróleo(IEA,2015a).

As renováveis representamumquarto do total, sendoque este valor se deveprincipalmente aos

biocombustíveis.Contudo,éumafatiaimportantecomumcrescimentoelevado,vistoqueem2004

era de apenas 14%. Os biocombustíveis são a fonte de energia renovável com maior relevância

enquantoqueaenergiasolareeólica,surgemdeformacadavezmaisacentuadadesde2006.Por

outrolado,aenergiahídricamanteve-seconstanteaolongodosúltimos40anos(IEA,2015a).

Energiafinal

Emboraopetróleocontinueaseraprincipalfontedeconsumodeenergiafinal,representando48%

do total, verificou-se uma quebra no seu peso desde 2004 quando representava 58% do total. A

eletricidade é a segundamaior fonte de consumo de energia final, representando 26% em 2013,

tendotidoumcrescimentode6pontospercentuaisdesde2004.Ogásnaturaléaterceirafontede

energia final consumida representando10%do total em2013, valor superior aos7%de2004.As

fontes renováveisdecresceram ligeiramenteenquantoqueo calor subiupara9%emcomparação

comos6%verificadosem2004(DGEG,2015a).

Emtermosdeconsumoporsectordeatividade,observa-sequeosectordostransportesconsome

36%dototalenquantoquea industriaconsome32%.Osectordomésticoconsome16%enquanto

queosectordeserviçosconsome13%.Apescaeagriculturaapenasrepresentam3%dototal.Estas

proporçõesmantiveram-seconstantesaolongodosúltimos9anos,evidenciandoadificuldadeem

alterar hábitos instalados e sistemas que se encontram implementados há muitos anos (DGEG,

2015a).

O sector doméstico e de serviços representa 16% e 13% do consumo total de energia final

respetivamente. Este valor acumulado de quase 30% apresenta-se como uma oportunidade para

aumentaraporçãodeenergiasrenováveisnoconsumototaldeenergiafinalatravésdautilizaçãode

energiasrenováveisnaszonasurbanas(DGEG,2015a).

13

2.2.2. Energiaelétrica

Aeletricidade representamaisde26%daenergia final total (DGEG,2015a) sendoquea somado

sectordomésticoedodeserviçossomaaproximadamente60%doconsumodeeletricidadetotalna

uniãoeuropeia,comoseobservanafigura2.7.Aindustriaéosectorcommaiorquotadoconsumo

final de eletricidade, enquanto que os transportes e a agricultura representam o restante, com

valoresrelativamentebaixos.Ovalortotalem2010cifrou-seabaixodos3000TWh.

Figura2.7–Evoluçãodoconsumofinaltotaldeeletricidadeentre1990e2010porsectornaUE-27,emTWh

e%(EEA,2012)

Emtermosdeproduçãodeeletricidade,aEuropaapresentaumvalortotalem2014acimade3500

TWh, do qual as energias fósseis representam uma porção bastante elevada de 41%,

complementadocomnuclearquerepresenta24%.Aeletricidadeprovenientedehídricaedeeólica

representa25%dototalnesseano(Eurostat,2016).

Comparativamente à Europa, Portugal apresenta uma distribuição de eletricidade por fonte

bastante distinta, sendo omais evidente a ausência de produção de energia nuclear. As energias

fósseis representam apenas 32% do total enquanto que a eletricidade proveniente de hídrica e

eólicasoma57%.Destaca-seopesodaenergiaelétricaprovenientedebiomassa,com5%dototal,

algoquenãosucedeaníveleuropeu(Eurostat,2016).

Avariaçãodoconsumodeenergiaelétricaao longododia,obrigaaqueasdiferentescentraisde

geração elétrica, com fontes de energia distintas, funcionem em conjunto e articuladas. Os

diagramasdecargademonstramqualaevoluçãodaproduçãodeenergiaelétricaao longododia,

evidenciandoqualafontedeenergiaeasuaprodução(Figura2.8).

Transportes Industria Serviços Habitação Agricultura

14

Figura2.8–Diagramadeconsumototaldeenergiaaolongododia15-08-2015(REN,2015)

Osdiagramasdecargacontêmmuitainformaçãoútileasualeiturapermiteretirarvariadasilações

sobre o funcionamento do sistema elétrico. Por um lado, destaca-se a uniformidade da geração

provenientedecarvão,istodevidoàlentidãodestascentraisareagiremamudançasdeproduçãoe

pelanecessidadedeterumaproduçãomínimaassegurada.Ascentraisagásnaturalfuncionamde

forma mais rápida, permitindo suprimir necessidades crescentes ao longo do dia e compensar

reduçõesdaproduçãodeenergiaeólicaesolar.

Aenergiahídricatemumacomponenteafiodeágua,associadaaocaudalpresentenosrios,eoutra

componente das albufeiras cujo caudal depende das necessidades energéticas imediatas ou da

gestãodoníveldaalbufeira.

15

A PRE 2 (produção em regime especial) ocupa uma parte importante da produção diária,

distinguindo-se do carvão pela sua variabilidade ao longo do dia, devido à energia eólica. A

componente térmicaé constanteao longododiapor razõesanálogasao carvão,enquantoquea

energiasolareeólicatêmgrandevariabilidadeaolongododia.

Em períodos de maior produção de energia comparativamente ao consumo, aproveita-se esse

excesso de produção para bombear água de jusante da barragem para a albufeira, armazenando

assimenergiapotencialparao futuro.Esteprocessoocorreparaaproveitaraenergiaproveniente

defontesrenováveis,devidoàgeraçãoduranteperíodosdemenorconsumo.

Osaldoimportadordeterminaavariaçãodeimportaçõeseexportaçõesaolongododia.Aenergiaé

exportada a preços baixos, sendo Espanhao destinomais comumdevido à proximidade entre os

países.

Opreçodaeletricidadeédeterminanteparaasfamíliasquetêmquepagarafaturanofinaldomês

e é um dado fundamental para avaliar a viabilidade de projetos renováveis. O preço médio da

eletricidadeno sectordomésticoemPortugal foi de0,211€/kWhem2013, umvalor próximoda

média europeia embora ligeiramente acima. Observa-se que o preço médio da eletricidade na

Dinamarca,naAlemanhaeemEspanha,ondeasfontesrenováveistêmmaiorquotanaproduçãode

energia,ésuperioraoportuguês,atingindovalorespróximosdos0,30€/kWhnocasodosprimeiros

doispaíses(DGEG,2015a).

2.2.3. Energiatérmica

Aenergiatérmicaéumaformadeenergiaimportante,quepodeserutilizadaemdiversasáreasda

sociedade.A suautilizaçãopodeserde formadireta, comoporexemplonocasodaenergia solar

térmicaemqueseaqueceáguassanitáriasouenergiadebiomassaparaaquecimentodeespaços,

oudeformaindiretapelageraçãodeenergiacinéticaparageraçãodeeletricidade,comonocasoda

biomassaemqueexistedissipaçãodeenergiatérmica(REN21,2015).

Duranteatransformaçãodeenergiaprimáriaemeletricidade,aproximadamentemetadedaenergia

inicialétransformadaemcalor,causadoperdasenormesnosistemapordissipaçãodestecalor(IEA,

2014b).

2 Considera-se produção em regime especial (PRE) a produção de energia elétrica através derecursos endógenos, renováveis e não

renováveis, de tecnologias de produção combinada de calor e de eletricidade (cogeração) e de produção distribuída. Em2016 inclui:

Biogás,biomassa,cogeração,cogeraçãorenovável,eólica,fotovoltaica,hídrica,ondaseresíduossólidosurbanos.

Retiradodehttp://www.erse.pt/pt/desempenhoambiental/prodregesp/2016/Paginas/2016.aspx

16

A energia térmicaderivaprincipalmentedasperdasdeenergia quando sequeimamcombustíveis

fósseis, para geração de eletricidade. A quantidade de energia que se transforma em energia

térmica durante a geração de energia elétrica, émaior que a quantidade de energia presente no

carvão inicialmente, demonstrando mais uma vez a importância da eficiência energética. Ainda

assim,existemgrandesnecessidadesdeenergiatérmicaparaaquecimentodeespaçoseáguas,logo

é importanteencontrar formasdeaumentar a eficiênciado sistema, sejapor reduçãodasperdas

sob a forma de energia térmica, ou aproveitando a energia térmica gerada para cobrir essas

necessidades(IEA,2014b).

Aenergiatérmicasupremetadedasnecessidadesdeenergiafinalanívelmundial,sendoutilizada

nosectorresidencial,industrial,serviçoseagricultura.Asfontesdeenergiamaisimportantesparaa

térmicasãogásnatural,petróleo,biomassaecarvãodemonstrandoaimportânciadoscombustíveis

fósseis na geração de energia térmica, gerando três quartos dessa energia. A energia térmica é

responsávelporumterçodasemissõesmundiaisdeCO2derivadasdeenergia(IEA,2014b).

2.1.1. Aquecimentoglobal

Um dosmaiores desafios que a humanidade enfrenta é o aquecimento global e os seus efeitos,

nomeadamenteasalteraçõesclimáticas,cujoimpactopodeserdramáticoedevastadorparamuitos

países, em especial para os menos desenvolvidos onde a capacidade de resposta a catástrofes

naturaiséreduzidacomparativamenteaospaísesdesenvolvidos.Aconsciênciadequeénecessário

alteraraformacomoseproduzeconsomeenergiaedarrespostaàsalteraçõesclimáticas levoua

queasNaçõesUnidastenhampromovidoumaconvençãoem1992,aUNFCCC(Convenção-Quadro

dasNaçõesUnidassobreaMudançadoClima).Em1997,oProtocolodeKyoto juntavaasnações

ditas“Desenvolvidas”paraestabelecerumobjetivodeemissõesdegasesdeefeitodeestufa,com

caráctervinculativo,ondeaausênciadosEUAenfraqueceuclaramenteoacordo,levandoaquehoje

esse mesmo acordo apenas cubra 15% das emissões globais. (Centre for Climate and Energy

Solutions,2015).

Nos últimos anos, os acordos estabelecidos em Copenhaga em 2009 e em Cancun em 2010,

instituíram acordos políticos em detrimento dos acordos legais de Kyoto, levando a uma maior

aceitaçãoeparticipação.Aindaassim,osobjetivosdefinidospelospaísesnãocriouosalicercespara

limitaroaquecimentoglobalabaixode2ºCabaixodosníveispré-industriais(CentreforClimateand

EnergySolutions,2015).

17

A COP 19 3 em Varsóvia, incentivou os países a submeterem os seus INDC (Contribuições

Pretendidas,DeterminadasemNívelNacional)ecriouasbasesparaoacordodeParisresultanteda

COP21em2015,detalformaqueàentradaparaaCOP21,já180paísesresponsáveispormaisde

90% das emissões de CO2 e outros gases de efeito de estufa, tinham submetido os seus INDC’s

(CentreforClimateandEnergySolutions,2015)..

OsresultadosdaCOP21emParissãoconhecidoscomooAcordodeParisquefoisubscritopor195

países(CentreforClimateandEnergySolutions,2015),acordoestequefoiassinadomaistardena

sededasNaçõesUnidasnodia22deAbrilde2016.

Ao assinarem, os países reafirmam o objetivo de limitar o aquecimento global a 2ºC acima dos

valores pré-industriais, e impelem a que este limite seja de 1,5ºC. Demodo a atingir o objetivo

proposto,ospaísescomprometem-seapreparar,comunicaremanterosNDC’s,comunicandonovas

metasacada5anos.Outropontoacordadofoiamobilizaçãode$100milmilhõesporanoapartir

de 2020 durante 5 anos para a mitigação das consequências das alterações climáticas, sendo

posteriormente definido um novo valormaior ou igual (Centre for Climate and Energy Solutions,

2015).

Umdosaspetosmaisimportantesdoacordoéofimdabissecçãopaísesdesenvolvidos/paísesem

desenvolvimento, agregando assim os esforços demodo a que sejam globais, em que cada país

contribui com o que considera exequível. Por outro lado, embora os países terão objetivos

diferentes consoante a sua realidade, o seu cumprimento é não-vinculativo, criando algum

pessimismoemredordoacordo(CentreforClimateandEnergySolutions,2015).

2.1.2. Emissõesdegasesdeefeitodeestufa

Desde cedo que o aumento exponencial da população mundial foi identificado por diversos

cientistasepersonalidadescomosendoumgraveproblemacomrepercussõesnofuturo,devidoao

consumoinsustentávelderecursosnaturaisetambémdevidoàinsuportávelemissãodepoluentes,

emespecialosgasesdeefeitodeestufa(GEE).Anaturezaexponencialdoaumentodaconcentração

depoluentes, leva aqueexistamconcentrações a crescer a taxasmais elevadasque apopulação

mundial(Meadowsetal.,1972),criandodiversosproblemasdivulgadosetransmitidosàsociedade,

emespecialnosúltimosanos.

3AConferênciadaONUsobreAlteraçõesClimáticaséoficialmenteconhecidacomoaConferênciadasPartes(ou“COP”)daConvenção-

QuadrodasNaçõesUnidassobreAlteraçõesClimáticas(CQNUAC),queéoórgãodasNaçõesUnidasresponsávelpeloclima

18

A análise da concentração de poluentes na atmosfera demonstra que o setor energético é

responsávelpor69%dasemissões,emqueodióxidodecarbono(CO2)representa90%destevalor,

enquantoqueoutrospoluentescomoometano(CH4)eoóxidonitroso(N2O)contribuemcom9%e

1%respetivamente.

Embora seja interessante analisar a contribuição de outros sectores para a emissão de GEE, é

inevitável a catalogação do sector energético como o mais poluente e maior responsável por

problemascomooaquecimentoglobal.Aindaassim,estima-sequeaagriculturaéresponsávelpor

umterçodoaquecimentoglobal,devidoàemissãodeCH4provenientedeexcrementoanimaleN2O

dosfertilizantes.

Dentro do sector energético é possível identificar o sector da eletricidade e do calor como o

principal, com 42% de proporção do total, o sector dos transportes com 23% e a industria em

terceirocom20%.AsemissõesdeCO2aníveldomesticorepresentam11%dos42%daeletricidadee

calor(Figura2.12).

Figura2.9–EmissõesdeCO2mundial,porsector,em%,em2012(IEA,2014c)

Ocombustívelquemais contribuiparaasemissõesdeCO2éo carvão, comumapercentagemde

44%,enquantoqueopetróleo representa35%eogás20%.As restantes fontesdeenergia,mais

concretamenteasrenováveiseanuclear,representamapenas1%dasemissões(IEA,2014c).

As emissõesper capita dependemnão sódo graudedesenvolvimentoda economia emquestão,

refletindooestilodevidadapopulação,mastambémdasatividadeseconómicasprincipaisedataxa

decrescimentodaeconomia(IEA,2014c).

AsemissõespercapitaanívelmundialsãomenosdeumterçodaquelasqueocorremnaAméricado

NorteenquantoqueaEuropatemaproximadamentemetadedasemissõespercapitadaAméricado

Norte(IEA,2014c).

19

Enquanto os países mais desenvolvidos apresentam valores de emissões decrescentes

comparativamente a 1990, existe um claro contraste em relação aos países em desenvolvimento

quedemonstragrandesaumentos(IEA,2014c).

Em Portugal a situação é similar à da média europeia, situando-se nas 6,9 tCO2 per capita. A

evoluçãorefleteumaumentoprogressivodasemissões,atingindooseupiconoiniciodoséculo20.

Noanosseguintesobserva-seumareduçãoexplicadaprincipalmentepelareduçãodoconsumode

energia e também até um certo grau pelo crescimento das fontes de energia renováveis (DGEG,

2015a).

Contudodevidoàreduçãodaatividadeeconómicaregistadaao longodosúltimosanos,existeum

decréscimo considerável das emissões de CO2, também evidente na evolução do consumo de

energia no país. A existência de uma população estagnada evita aumentos de emissões sendo

importante aproveitar esta oportunidade para tornar o sistema mais eficiente, reduzindo as

emissões per capita, e simultaneamente, aumentar a produção de energia proveniente de fontes

renováveis(DGEG,2015a).

EmPortugalosectorenergéticorepresenta70%dasemissõesdeCO2,umvaloremlinhacomaquele

observadoanívelmundial.Apesardealgunsesforçosparareduzirasemissões,estasseguemuma

tendênciadecrescimentodifícildeabrandar.Desde1950,asemissõespassaramde5paramaisde

30GtCO2.ExisteumfortedebatesobreascausasdesteaumentodeconcentraçãodeCO2esobreas

suasconsequênciasanívelambiental.Ofactoéqueascidadessão locaisdealtas intensidadesde

poluentes, algo que coloca em causa a sustentabilidade das zonas urbanas devido aos efeitos

nocivosparaasaúdedaspessoas(DGEG,2015a).

Apesardeexistiralgumavontadeparareduziraemissãodegasesdeefeitodeestufa,ocrescimento

exponencial da população mundial anula o impacto positivo de tais iniciativas e ações, sendo

necessárioumaatitudemaisdeterminadaporpartedospaísesedaspessoas(WorldCommissionon

EnvironmentandDevelopment,1987).

20

3. Energiaemzonasurbanas

3.1. Eficiênciaenergética

A eficiência energética consiste em fornecer os mesmos serviços utilizando menos energia, ou

fornecermais serviços comamesmaenergia (MacKay, 2009). Tambémpode serdefinida comoa

relação entre a energia utilizável e a energia potencial total existente inicialmente (IEA, 2014b).

Quantomenor for aeficiência,maior as “perdas”, jáqueexisteumaparte importantedaenergia

quesetransforma,normalmenteemcalor,semterousofinalpretendido.Melhoriasdeeficiência

aumentama segurança energética e reduzema dependência energética, pois reduz o consumoe

importaçõesdeenergiaprimáriaparaumamesmaquantidadedeconsumodeenergia.

Durante a transformação de energia primária em eletricidade, metade da energia inicial é

transformada em calor, o que equivale à energia inicial presente no carvão antes da geração de

energiaelétrica.Destaforma,aeficiênciaenergéticaémuitasvezesapelidadade“combustívelnão

explorado”(MacKay,2009),claramentealudindoaoenormepotencialdaeficiênciaenergéticapara

reduziro consumode recursosebaixaraemissãodepoluentes.Oaproveitamentomaiseficiente

dasfontesatuais,poderáserachaveparaalterarospadrõesenergéticosobservadosaolongodos

últimosséculos,permitindoumamaiorpreponderânciadasfontesrenováveis.

As consequências do aumento da eficiência energética são vastas e economicamente vantajosas,

sendoquepodelevaraumvaloreconómicomundialglobaldeUS$300bn,oequivalenteàeconomia

dos EUA, México e Canadá conjunta (MacKay, 2009). Estes benefícios incluem redução de

orçamentos de estado e de empresas, maior proporção de rendimentos disponível para a

população, maior produtividade industrial e redução de impactes ambientais negativos, entre

outros. Sem investimento emmedidas de eficiência, paísesmembros da IEA teriam emitidomais

10.2GtondeCO2entre1990e2015,emqueapenasnoano2014apoupançafoide870Mtonde

CO2(Oecd/IEA,2014).

Desde a segundametade do século 20, existe umamaior consciencialização social em relação à

fragilidadedoplanetaedosecossistemasetambémdaprópriavidahumana.Aeficiênciaenergética

também depende da forma como cada pessoa utiliza os recursos à sua disposição, existindo um

enorme potencial para baixar o consumo per capita através de bons hábitos no dia a dia. Ainda

assim, a consciência global em relação à necessidade de mudanças de hábitos, estilo de vida e

utilização de recursos, encontra-se numa fase de desenvolvimento e crescimento. Devido ao

21

aparentemas enganador atraso entre as ações poluentes e os impactes dessas ações, há alguma

relutânciaemassumirasalteraçõescomportamentaisnecessáriasnoimediato(WorldCommission

onEnvironmentandDevelopment,1987).

Uma ferramenta importante para alcançar os objetivos de eficiência propostos, é a certificação

energética,nãosódeequipamentoseletrodomésticosmastambémdosprópriosedifícios(Pinheiro,

2010).A revisãodadiretivaeuropeiadacertificaçãoenergéticaea legislaçãonacional4temagora

comoobjetivoqueosedifícios(comercializadosouqueentremnomercado)sejamcertificadosaté

2020,contribuindoparaautilizaçãodoquasezerodeenergiacomoreferência,numalógicadecusto

ótimo.

Hoje, os novos edifícios consomemmetade da energia que consumiam no anos 80 (IEA, 2015a).

Aindaassim,existepotencialparaprosseguiresterumodereduçãodeconsumos,nomeadamente

atravésdesoluçõesconstrutivasbioclimáticasoucasaspassivas,eassegurarumapartedaprodução

através de energias renováveis locais, o que posiciona a abordagemda tese como essencial para

estasegundadimensão.

3.2. Consumosdeenergia

Energiaprimária

EmLisboa, consome-seaproximadamente15000GWh, correspondentea6%daenergiaprimária

consumidaemPortugal,emqueaeletricidadeéaprincipalformadeenergiaconsumida,com41%

dototal(E-NovaLisboa,2005).

Osedifícios sãoa tipologiadeutilizaçãomais comum, com46%do total, seguidodos transportes

com 42% e a industria com 10%. O consumo de energia em edifícios divide-se entre edifícios

residenciais, que consomem 35% da energia, e edifícios de serviços, que consomem os restantes

65%.Os primeiros edifícios são responsáveis por 16% do consumo global de energia primária do

concelho de Lisboa e menos de 1% do consumo global nacional enquanto que os segundos

representam30% e 2%do consumo global do concelho de Lisboa e do consumo global nacional,

respetivamente(E-NovaLisboa,2005).

4Decreto-Lein.º118/2013.D.R.n.º159,SérieIde2013-08-20-AprovaoSistemadeCertificaçãoEnergéticadosEdifícios,oRegulamento

deDesempenhoEnergéticodosEdifíciosdeHabitaçãoeoRegulamentodeDesempenhoEnergéticodosEdifíciosdeComércioeServiços,

etranspõeaDiretivan.º2010/31/UE,doParlamentoEuropeuedoConselho,de19demaiode2010,relativaaodesempenhoenergético

dosedifícios

22

Nosedifíciosresidenciais,oconsumodeenergiapodeseragrupadoemduastipologiasprincipaisde

utilização:consumostérmicos,queincluemAQS,aquecimentoambienteepreparaçãoderefeições,

que consomem 57% da energia, e consumos elétricos, que incluem frio domestico, iluminação,

lavagemmecânicaeoutros,consumindoosrestantes43%(Tabela3.1).

De forma simplificada, pode-se dividir os consumos em AQS, que consome 24% da energia, e os

restantesconsumospodemserassumidoscomofornecidosporeletricidade.

Tabela3.1–Consumodeenergiaprimáriapercapitaemcidadesportuguesas

Cidade

Consumo

(kWh/hab)Tipologiaprincipal

ConsumoDoméstico

(kWh/hab,%total)

AQS Pesodaeletricidade

Portugal 29000 -4900

17%- -

Lisboa 28000 Edifíciosserviços4500

16%

1100

24%

3400

76%

Porto 22000 Edifíciosserviços4900

24%

1300

27%

3600

73%

(E-NovaLisboa,2005)

Energiaelétrica

Oconsumode energia elétrica emPortugal aumentou ao longodos últimos 20 anos, atingindoo

máximo em 2010, quando o consumo anual per capita chegou aos 4,780 kWh (Figura 3.1). Nos

últimosanos,oconsumobaixouligeiramente,emespecialdevidoàreduçãodoconsumodoméstico,

devido à forte crise económica sentida no país. A industria é o sector quemais contribui para o

consumodeenergiaelétrica,seguidodosectordomésticoenãodoméstico.A iluminaçãodasvias

públicaseemedifíciosdoestado,assimcomoaagricultura,consomemumapequenapartedototal

(Figura3.1).

23

Figura3.1–ConsumoanualdeenergiaelétricapercapitatotaleportipodeconsumoemPortugal,emkWh(Pordata,2016)

Osectornãodomésticoacabaporterumacomponenteimportantenoconsumodeenergiaelétrica,

sendo este tipo de consumo associado a atividades comerciais, condomínios e ainda algumas

indústriasdepequenadimensão(Figura3.2).

Figura3.2–Consumodeenergiaelétricaportipodeconsumoem2014,em%(Pordata,2016)

Entre 1990 e 2013, a eficiência energética final aumentou 25% na união europeia, uma taxa

anualizada de 1,7%. Estes valores são explicados pela melhoria de eficiência na industria e em

edifíciosresidenciaisenquantoqueostransporteseserviçosapenasmelhoraramligeiramente(EEA

2015).

Nashabitaçõesportuguesas,cozinharconsomeamaiorpartedaenergia,aproximadamente40%do

consumototal.Orestanteconsumoéassociadoaaquecimentodeáguassanitárias,aquecimentode

espaçoseeletricidade,com20%dototalcadacomponente(EEA,2015).Autilizaçãodetecnologia

0,0

1000,0

2000,0

3000,0

4000,0

5000,0

6000,0

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Consum

oan

ualpercap

ita,kWh

Ano

Total

Domés�co

Nãodomés�co

Indústria

Agricultura

Iluminaçãodasviaspúblicas

Edi�ciosdoEstado

Domés�co26%

Nãodomés�co26%

Indústria38%

Agricultura2%

Iluminaçãodasviaspúblicas

3%

Edi�ciosdoEstado5%

24

para arrefecimento é menos usada em Portugal que noutros países, principalmente nos países

mediterrânicos.

O consumo por metro quadrado é uma medida utilizada para simplificar o calculo da energia

consumida e usualmente utilizado para cálculos de eficiência energética. Na União Europeia, o

consumo médio para todo o tipo de edifícios foi de 215 kWh/m2.ano, em que os edifícios não

residenciais são emmedia 70%mais intensivos5que os residenciais, com 311 kWh/m2.ano e 184

kWh/m2.anorespetivamente(EEA,2015).

OconsumodeenergiaemPortugalé ligeiramentesuperioraos100kWh/m2.ano,dosmaisbaixos

entre países da UE (Figura 3.3), sendo que o aquecimento de espaços, águas quentes sanitárias

(AQS) e cozinhar representam uma parte importante dessa energia, próximo dos 50% (Oecd/IEA,

2014).

Figura3.3–ConsumodeenergiafinalemedifíciosparaváriospaísesdaUEem2012,emkWh/m2

(Oecd/IEA,2014)

Osconsumosenergéticosnumdeterminadolocaldependem,porumlado,daprocuradeserviçose

produtos por parte da população e, por outro lado, da oferta de serviços e quais as industrias

presentes na zona.As necessidades domesticas temque ser satisfeitas, assim comoas atividades

económicas e industriais, cujo consumo pode sermuito significativo, em especial na presença de

determinadasindustrias,talcomoametalurgia(Figura3.4)(IRENA,2014a).

5Intensidade energética define-se comoo rácio entre o consumo internobruto de energia e o PIB. Avalia o consumode energia por

unidadedeprodução.Retiradodehttps://www.ine.pt

Total AquecimentoEspaços

Serviços

25

Figura3.4–Necessidadestérmicasdediferentesindustrias(IRENA,2014a)

Ascidadesportuguesasapresentam,naturalmente,valoresdeconsumodeenergiadistintosentre

elas,sendoimportantesalientaropesodaeletricidadenoconsumofinaleopesodoaquecimento

deAQS.

3.3. Fornecimentolocaldeenergiasrenováveis

O fornecimento de energia a zonas urbanas depende do transporte e transmissão dessa energia

desdeolocaldeproduçãoatéaolocaldeconsumo.Aproduçãolocaldeenergia,permitereduziras

perdasexistentesnatransmissãodeenergiaeutilizaroespaçourbanoexistenteparaaproveitaros

recursosnaturaisdessaszonas.

Assim, analisa-se a possibilidade de implementar tecnologias em meio urbano, enumerando as

oportunidades e ameaças na Tabela 3.2. Apenas se consideram tecnologias maduras,

comercializadas e existentes no mercado. Conclui-se que as tecnologias mais importantes e

relevantes para geração de energia elétrica, até à data, são a energia solar fotovoltaica em

coberturaseaenergiaeólica.Poderáserpossívelrecorrerafontesdeenergiahídricaemcasosde

existênciaderecursoshídricos.

Para energia térmica, considera-se a energia solar, relevante pela sua elevada maturidade e

funcionamento comprovado. A energia de biomassa é uma fonte interessante com presença em

paísesnórdicos,cujautilizaçãoemPortugalpoderácresceraolongodospróximosanos.

Baixa(<100°C)

Média(100°C–400°C)

Alta(>400°C)

Metalúrgica

Mineraisnãometálico

s

Químicos

PastadePapel

Alimento

seTabaco

26

Tabela3.2–Oportunidadeseameaçasdetecnologiasrenováveisemmeiourbanoàescaladamoradiaedoedifício

Tecnologia Oportunidades Ameaças

Energiaelétrica

SolarFV-Cobertura - Elevadaáreadisponívelparainstalação

- Tecnologiamadura- Tecnologiasilenciosa

- Sombreamentos- Orientaçãodacobertura- Geraçãodesfasadadoconsumo

SolarFV-Fachada - Áreadisponíveladicional- Tecnologiasilenciosa

- Sombreamentoseorientação- Geraçãodesfasadadoconsumo

- Dificuldadedeacesso- Estéticaagressiva

Mini-Eólica - Geraçãodeenergiacomplementaraosolar

- AproveitamentodecoberturasezonasorientadasaNorte

- Poucaáreadecoberturanecessária

- Manutençãoelevada- Fortedependênciadaqualidadedovento

- Baixalongevidade- Ruídoevibrações- Impactevisual

Mini-Hídrica - Tecnologiamadura- Tecnologiasilenciosa- Aproveitamentoderecursos- Impactevisualreduzido

- Recursospoucocomuns- Custofortementedependentedalocalização

- Rendimentovariável

Energiatérmica

Solar - Baixaáreaocupada- Tecnologiamadura- Fiabilidadeconsiderável

- Necessidadedetanquedearmazenamento

- Necessidadedealternativa

Biomassa - Independentederecursosnaturaislocaise.g.ventoesol

- Preçobaixo

- Necessárioespaçoparaoperaçãoearmazenamento

- Operaçãodiáriaousemanal- Necessáriotransportedocombustível

Para energias renováveis, a escala é um fator importante, contudo é precisamente nas zonas

urbanasondeoespaçoémaisescassoeondeexistemaiordificuldadedeinstalaçãodesoluçõesde

maior dimensão, usualmente mais eficientes. Por outro lado, instalações de grande dimensão

implicaminvestimentoselevadoseasuagestãoéusualmentefeitaporempresascomexperienciae

estruturaselevadasdeformaamelhoraraeficiênciaereduzircustos.Assim,écomumaexistência

desse tipo de centrais em zonas próximas de áreas florestais de forma a reduzir o custo de

transportedamatériaorgânica.

27

3.4. Desafios

Energiasolar,eólicaehídricanazonasurbanas

Ascidadessãozonasdeelevadadensidadepopulacional,comelevadapoluiçãoegrandeconsumo

de recursos. Na Europa, 80% da energia consumida está associada a atividades urbanas, sendo

fundamentalencontrarformasdemelhoraraeficiência,comosereferiuanteriormente,gerindoos

recursosdamelhor formapossível demodoaminimizaro impactedas zonasurbanas (Oecd/IEA,

2014).

Éesperadoqueoconsumodeeletricidadeaumente70%até2030,emespecialdevidoaoaumento

da populaçãomundial para 8,2milhares demilhões nessemesmo período, e expansão de zonas

urbanasqueacolherão60%dapopulaçãomundial em2030e70%em2050.As cidades terãode

adaptar-seaestaevoluçãoedevemser tomadasmedidasquemelhoremaeficiênciaegestãode

recursos,demodoaassegurarqueaqualidadedevidanascidadessejaelevada (Ferroukhietal.,

2014).

A implementação de fontes de energia renovável emmeio urbano será progressivamentemaior,

quantomaior for a redução de preços das tecnologias, permitindo rentabilidadesmaiores e, por

outro lado, com o desenvolvimento de novas tecnologias, que permitam instalar soluções mais

fiáveis,simplesdeinstalarecommaiortempodevidaútil.

Quasezerodaenergia

Os edifícios com zero de energia são edifícios onde a quantidade total de energia consumida é

aproximadamente igualàenergiaproduzidaapartirde fontes renováveis.De formaaalcançaros

objetivos2020de zerodeenergianosedifícios, seránecessáriouma forte reduçãode consumos,

através de campanhas de sensibilização das pessoas e simultaneamente através de medidas de

eficiência que permitam aos equipamentos e aos edifícios consumir menos energia. Atualmente

procura-sefixarumlimitedeconsumode50kWh/m2.anoparaedifíciosnovose80kWh/m2.anopara

edifícios existentes, quando em 1961 o consumo era de 350kWh/m2.ano. A expectativa é que

atravésdeconsumosmaisbaixossealcanceoquasezerodeenergiaem2020(EEA,2015).

Neste contexto o conceito de eco-cidades (cidades que procuram bom desempenho ambiental)

surgemcomorespostaaocrescenteconsumodeenergiaemzonasurbanaseconsequenteaumento

deproblemas.Porumlado,oaumentodasnecessidadesenergéticasaumentaoriscodecortesde

eletricidadeepodegerarpobrezaenergéticaemcertaszonasdacidade.Emconsequência,existem

dificuldadesdeacessoaserviçospúblicoseumciclodediscriminaçãoquepodeproduzirproblemas

decriminalidade.Acidadecomomeioadversoedesegregação,criapobrezaeimpedemuitasvezes

28

aspessoasdeaumentaremassuascapacidadeseconómicas,criandoassimumciclodepobreza(IEA,

2014d).

Poroutro lado,oaumentopopulacionaleconsequenteaumentodaprocuraporenergia,obrigaa

quesealteremoshábitoseasatuaisindustriasdemodoamitigarosimpactesnocivosparaasaúde,

emespecialaquelesderivadosdapoluição.

Oconceitodaeco-cidadetemcomoprincipaispilaresaeficiênciaesustentabilidade,incidindosobre

áreasimportantesqueseapresentamnafigura3.5.

Figura3.5–Temasprincipaisdaseco-cidades(Calvilloetal.,2015)

Ageraçãodeenergiapodeserfeitapelaformatradicional,emgrandeescala,ouatravésdegeração

distribuída, onde a geração de energia é feita no local de consumo dispensando a típica rede

energética.Emboraasenergiasrenováveistenhamcadavezmaispesonageraçãoemgrandeescala,

anecessidadederedesdetransmissãodeenergiacausaperdassignificativas,impactevisualelevado

einvestimentosadicionais.Ageraçãodistribuídaofereceresiliênciaaosistemaenergético,permite

um maior aproveitamento de fontes de energia renováveis e permite às pessoas uma maior

independência energética. Deve-se por isso investir em projetos de energia renovável em zonas

urbanas desde que existam condições atmosféricas que garantam uma rentabilidade adequada

(Calvilloetal.,2015).

A transmissão é responsável por perdas de eficiência significativas sendo fundamental criar um

sistema inteligente que permita obter informação em tempo real e implementar tecnologia que

permitaumagestãoeficientedosrecursos(Calvilloetal.,2015).

Os edifícios consomem a maior parte da energia no contexto urbano logo, é fundamental

implementarmedidasdeotimizaçãodeoperaçãoemanutenção,reduzindoaenergiaconsumidaaté

30%, semque seja necessário alterar a estrutura do edifício (Calvillo et al., 2015). A transição de

edifícios consumidores passivos de energia, para peças ativas do sistema energético, deve ser

implementadademodoaaproveitarosrecursosexistentesaomáximo.

Geração Armazenamento Transmissão Edifícios Transporte

Eco-cidade

29

O sector dos transportes é um forte poluente no contexto urbano, tanto a nível de emissões de

gasescomotambémpeloelevadoruídoquecausam.Asinfraestruturasassociadasaostransportes

têmcomoobjetivoreduzirdistânciaseconectarpessoasebens,contudo,podecriarbarreirasfísicas

que tornam zonas das cidades isoladas em termos sociais.Os transportes públicos têmumpapel

fundamental no aumento de eficiência do sistema enquanto que a utilização de tecnologias

renováveisenãopoluentesmelhoramascondiçõesdevidadentrodascidades(Calvilloetal.,2015).

Armazenamento

Tendo em conta as alterações na geração de energia, o armazenamento tem uma função

fundamentalpoispermiteutilizarenergiageradaquandoelaénecessária.Asbateriasquímicassãoa

forma mais comum de armazenamento de energia elétrica, utilizadas há bastantes anos para

equipamentoseletrónicos.Este tipode tecnologia tem limitaçõesevidentesaníveldevoltageme

corrente, assim como um preço bastante elevado e baixa eficiência, contudo, nos últimos anos

tornou-semaisrelevanteatravésdeI&DeosurgimentodenovasbateriascomoaTeslaPowerwal6.

AformadearmazenamentodeenergiamaisbarataporkWhatéaomomento,éoarmazenamento

deenergiapotencialemalbufeiras(IRENA,2014b).

3.5. Emsíntese

As zonas urbanas vão aumentar a nível nacional e internacional e são responsáveis por uma

importantepartedoconsumoenergético,quenahabitaçãoanívelnacionalrondamos5MWhper

capitaano.Aprocuradeeficiênciaefornecimentolocaldeenergia,preferencialmenterenovável,é

essencialsendoessencialdeterminaromixviável.

6A tesla powerwall é uma bateria para armazenamento de energia gerada localmente para uso posterior. Encontra-se em fase de

desenvolvimento,comcomercializaçãoprevistaaindaem2016,sendoexpectávelquecusteaproximadamente$3500USD.Acapacidade

esperadaéde6,4kWhporbateria,podendoutilizaraté9bateriasemsérie,emqueadimensãodecadabateriapermiteasuainstalação

numaparede.https://www.teslamotors.com/en_EU/powerwall?redirect=no

30

4. Energiasrenováveis

4.1. Contextualização

Asenergias renováveisaproveitamaenergiapresenteemrecursosnaturais, talcomonaágua,no

vento, no sol e emmatéria orgânica, para gerar energia elétricaou térmicaparautilizar paraum

determinadofim.Nopassado,estesrecursosnaturaisforamdeterminantesparaalgumasindustrias

e sectores, nomeadamente a energia hídrica e a energia do vento, utilizadas principalmentepara

moer cereais e para a industria têxtil, enquanto que a energia de biomassa era utilizada para

cozinhareparaaquecimento.

Aolongodoséculo20,oscombustíveisfósseistornaram-sedeimportânciacolossalparaaeconomia

mundial,levandomuitospaísesadependerfortementedestafontedeenergia.Oinconvenienteda

exploraçãodestasfontesdeenergia,éaemissãodegasesdeefeitodeestufa,asuaescassezeasua

elevadaproduçãoemzonasdeconflito.

Comparativamenteàsfontesdeenergiafóssil,asrenováveisfuncionamduranteperíodosincertose

variáveis,devidoà variabilidadedas condiçõesatmosféricas, resultandonumnúmerodehorasde

funcionamentoàcargamáximainferior(Figura4.1).Contudo,nãoemitemgasesdeefeitodeestufa

e permitem, a alguns países, aumentar a sua independência energética. Os seus impactes

ambientaissãodepequenamagnitudeeapenasàescalalocal,talcomoapoluiçãosonoraevisuale

operigoparapássarosemorcegos.

Ofatordecargaéumindicadordonúmerodehorasdefuncionamentoemcargamáximadeuma

dadafontedeenergiarelativoaonúmerototaldehorasanual.Éumamedidaentreaproduçãode

energiamédiaeaproduçãodepico.

Figura4.1–Númerohorasanualdegeraçãodeenergiaemcargamáxima(fatordecarga)paradiferentesfontesdeenergianosuldaEuropa

(IEA,2015a)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

NuclearCarvão

GásNaturalHídricaEólicaSolar

NºHorasAnuais

31

4.2. Energiahídrica

4.2.1. Tipologias

A energia hídrica é a fonte de energia renovável com maior capacidade instalada, devido à sua

elevada competitividade, causadapormais demeio século de implementação.A nívelmundial, a

evolução da capacidade instalada ao longo dos últimos 15 anos, demonstra um crescimento

contínuo, tendo uma capacidade instalada próxima dos 1,2TW (IRENA, 2015b). Em seguida,

apresentam-seasdiferentesformasdeaproveitamentodeenergiahídrica.

Albufeiras

Atecnologiamaiscomuméascentraishídricasdealbufeira,quearmazenamáguaparageraçãode

energia elétrica, podendo ou não incluir um sistema de bombagem para reabastecer a albufeira

desdejusantedabarragem.Aenergiahídricadealbufeiratemdiversosbenefíciosassociados,sendo

utilizada não só para a geração de energia elétrica, mas também para adução de água potável,

controlode cheiase secas, navegaçãoe lazer, combatea incêndiose aindaparaagricultura (IHA,

2015).

Fiodeágua

Ascentraisafiodeáguasãoumtipodetecnologiamenosutilizadoqueproduzenergiaconsoanteo

caudal no momento de produção. As centrais de albufeira podem produzir energia a qualquer

momento, desde que exista um nível de água suficiente, enquanto que as centrais a fio de água

dependemdocaudalexistentenomomentodeproduçãodeenergia.Estetipodetecnologiapode

incluirumpequenoreservatório(pondage)paracontrolosdecaudalinterhoráriosouinterdiários,de

formaacontrolaromomentodegeraçãodeenergia(IRENA,2014b).

Tubagens

Recentemente,ainvestigaçãodoaproveitamentodeenergiahídricadasredesdeaduçãoederega,

utilizandomicroturbinas,temcrescidosubstancialmente.Asválvulasredutorasdepressãoexistem

nos sistemas hidráulicos para regular a pressão a jusante das mesmas, podendo ser reguladas

mecanicamente ou eletronicamente de forma a permitir uma gestãomais eficiente dos níveis de

serviço das redes (Ramos et al., 2004). Estas válvulas induzem uma perda de carga de forma a

reduzir a pressão a jusante das mesmas evitando a ocorrência de roturas, e portanto diminui a

necessidade de intervenções de reparação na rede, e por outro lado reduz as perdas de água na

redededistribuição (Carravettaetal.,2013).A regulaçãodepressão induzumaperdadeenergia

quepodeseraproveitadapormicroturbinasouporbombasafuncionarcomoturbinas(Fecarottaet

al.,2014).

32

Estudosapontamparaumpotencialdeproduçãodeenergiadeaté40kWh/diaparacadamáquina,

com rendimentos que podem chegar aos 45%. Estes valores dependem da altura de água e do

caudal,variandobastanteconsoanteotroçodetubagememqueamáquinaseencontra instalada

(Fecarottaetal.,2014).

Produçãoepotências

Deformageral,ascentraishídricaspodemsercategorizadasconsoanteasuapotência(PER,2015):

§ Hidroelétricadegrandedimensão:potênciasuperiora10MW

§ Hidrelétricadepequenadimensão:Potênciaentre500kWe10MW

§ Minihídrica:potênciaentre100kWe500kW

§ Microhídrica:potênciainferiora100kW

Ascentraiscommaiorpotenciacostumamter ligaçãoàredecentralizadade formaagarantirque

existeprocurasuficienteparaagrandequantidadedeenergiaproduzida,enquantoqueascentrais

maispequenascostumamfuncionarsemligaçãoàrede,usualmenteemzonasrurais(IRENA,2015a).

4.2.2. Dimensionamento

Osprincipaisinputsparadimensionarumprojetodehídricasão(Castro,2003):

A. Queda,H(m)

Aquedadaalturadeáguaéumdosfatoresfundamentaisnodimensionamentodecentrais

hídricaspois representa a energiapotencial que será transformadaemenergia cinética, e

consequentementeemenergiaelétrica.

AalturadequedabrutaHb,éadiferençaentraaalturadetomadadecargaeaalturano

pontoderestituição.

AalturadequedabrutamáximaHb,max,éadiferençamáximaentreaalturadetomadade

cargamáximaeaalturanopontoderestituição.

AalturadequedaútilHu,éadiferençaentreaalturadequedabrutaeaalturaequivalentea

todasasperdashidráulicas.

B. Caudal,Q(m3/s)

O caudal depende da área da bacia, do tipo de cobertura vegetal (ou uso do solo) e da

intensidadedaprecipitação.

C. Velocidadeágua,v(m/s)

D. Áreaturbinada,A(m2)

33

Para uma central hídrica com albufeira, a potência depende do caudal, da queda e ainda do

rendimento do sistema, demodo a ter em conta as perdas existentes durante todo o processo.

Assimépossívelutilizaraseguinteexpressãodemodoadeterminarapotêncianecessária:

𝑃=η×𝜌×𝑔×H×𝑄 (3.1)

Poroutrolado,nocasodeumacentralafio-de-água,odimensionamentodependedavelocidadeda

águaedaáreavarridapelaturbina.

𝑃=0,5xη×𝜌×Axv3 (3.2)

Aenergiaproduzidadependedonumerodehorasdefuncionamentodaturbina, logodependedo

caudalesuaduraçãoedaestratégiadegestãodosistema.

E=PxFCxht (3.3)

emque𝜌= 1000 kg/m3 ; 𝑔=9,81 m/s2 ;

η–Rendimentodaturbina

FC − Fator de Carga = ! !!

P–Potência(kW)

ht–Númerodehorasanuaistotais

Tabela4.1–Rendimentoefatordecargadastipologiashídricas

TipologiaRendimento–η

[%]

Fatordecarga–FC

[h(%)]

Grande 40–90 3500(40%)

PequenaseMini 75–90 3500(40%)

Micro 40–80 3500(40%)

Adaptadode(IEA,2012);(IEA,2015a)

4.2.3. Custos

Oscustosdumainstalaçãohídricasãobemconhecidospelavastaexperiênciaacumuladaao longo

dosanos,podendoseragrupadosemduascategoriasgenéricasprincipais:Capex(custosdecapital)

eOpex(custosdeoperação).

Capex inclui, de forma genérica, os seguintes custos (Cunha e Ferreira, 2013): Construção de

infraestruturas, equipamento hidromecânico, equipamento eletromecânico, instalações elétricas,

34

equipamento auxiliar, linha de interligação, terrenos, estudos e projeto, auditoria e consultoria,

licenças.

Opex inclui (Cunha e Ferreira, 2013): Administrativos, operação e manutenção, seguros,

contingências,impostoslocais.

Nashidrelétricaso investimentoinicialdepende,acimadetudo,dotrabalhosdeconstruçãocivile

docustodosequipamentos,representandoentre75e90%doscustodeinvestimentototal(IRENA,

2014b).

O custo dum projeto de hídrica é bastante variável consoante a localização do projeto contudo,

numaprimeiraaproximaçãoenaausênciadedadosconcretosdolocaldeaplicação,apresentam-se

custosmédiosindicativosnaTabela4.2.

Tabela4.2–Custosdeprojetoshídricos Custo

investimento(€/kW)

O&M(%custo

investimento)

LCOE(€/kWh)

Grande 1880 2% 0,08

Pequena 2500 3% 0,10

Adaptadode(ESHA,2012);(ESHA,2012);(KempenereNeumann,2014);(GeoscienceAustralia,

2015)

Os projetos de hídrica têm tempos de vida variáveis sendo possível atingir mais de 50 anos

(EuropeanCommission,2013)existindotambémprojetosemoperaçãohámaisde80anos(IRENA,

2014b). Ainda assim, durante a análise de viabilidade, é habitual considerar 30 anos de vida útil,

sendo a análise bastante conservadora no caso de projetos com elevada durabilidade (IRENA,

2014b).

4.2.4. Perspetivasfuturas

O futuro da energia hídrica será de crescimento devido à crescente procura de energia elétrica a

nívelmundial,eabuscaurgenteporenergiasrenováveis.Porumlado,opotencialporexplorarde

energiahídricaeporoutroasuaelevadaeficiência,criaascondiçõesparaocrescimentodestafonte

deenergia.

Emboraexistamprojetosdeenergiahídricahámaisde50anos,existeaindaumgrandepotencial

hídrico por explorar a nível mundial. Destaque para a europa cujo potencial técnico ainda por

35

explorar éde47%,umvalor altomesmo sendoa região compotencial técnicopor explorarmais

baixo(IEA,2012).

DevidoàsfracascondiçõesdetransmissãodeenergiaelétricadesdePortugalparaoutrospaíses,é

fundamental armazenar o excesso de energia elétrica produzida. O armazenamento de água em

reservatórios, utilizando o excesso de energia gerada, para bombear água desde jusante da

barragemparamontante,constituiuma formadearmazenamentodeenergia interessantedevido

ao baixo custo (IRENA, 2014b). Assim, é expectável que Portugal aumente a sua capacidade

instaladadehídricacomsistemadebombagem.Em2012,dos2000MWemconstrução,1400MW

eram com sistema de armazenamento bombeado. É expectável que a capacidade instalada de

energiahídricadupliqueaté2020equeacapacidadedearmazenamentobombeadoquadruplique

nessemesmotempo(IEA,2012).

Comasalterações legislativasamini-hídricaencontra-seestagnadaemPortugal, sendonecessário

aguardar novos desenvolvimentos para projetar o futuro. Sem apoios, esta fonte de energia

apresentariscosconsideráveis(ESHA,2012).Aindaassim,segundo(Liuetal.,2013)opotencialde

pequenahídricaéde750MW,sendoqueacapacidadeinstaladaatualmenteéde450MW.

Embora não se insira diretamente na categoria de energia hídrica7, existe ainda energiamarítima

que utiliza a energia das marés, das correntes ou das ondas para produção de energia elétrica

contudo, este tipo de tecnologia é ainda pouco utilizada devido aos elevados riscos associados.

Emboraopotencialenergéticomundialsejade1200TWh/anoparaenergiademarésede29500

TWh/ano para energia de ondas (Geoscience Australia, 2015), atualmente a capacidade instalada

situa-seno0,5GW(Tabela4.3).

Tabela4.3–Evoluçãodapotênciainstaladadeenergiamarítima,emMW

PotênciaInstalada(MW)

2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014EnergiaMarítima 265 265 266 266 269 271 526 533 533 534

Adaptadode(IRENA,2015b)

4.3. Energiaeólica

4.3.1. Tipologias

A energia produzida a partir de fontes renováveis contribui para a geração de energia elétrica

nacional, representando 57% da energia consumida. Embora seja a energia hídrica a fonte de

7Algunsautoresconsideramaenergiamarítimacomoenergiahídricaoffshorecontudo,émaiscomumanomenclaturaenergiamarítima.

36

energiarenovávelcommaiorcontribuiçãoparaototal,aenergiaeólicaatingiuumvalorde27%de

quotadentrodasrenováveis.Em2013,aenergiaeólicaatingiuumapenetraçãoinstantâneade90%

daenergiaelétricaconsumidae69%depenetraçãonofinaldessedia.Apesardaelevadasolicitação,

o sistemanão tevequalquerproblema técnico, conseguindo responder comelevada competência

(LNEG 2013). Assiste-se a uma evolução significativa quer da potência das turbinas como da

dimensãodasmesmas(figura4.2).

Figura4.2–Evoluçãodadimensãoepotênciadasturbinasentre1980e2010(IEA,2013a)

Em Portugal, a industria eólica oferece aproximadamente um total de 3 200 empregos,

representandoumareceitabrutade1170milhõesEURepermitiu,até2013,poupar4,3milhõesde

toneladasdeCO2(LNEG2013).

Aenergiaeólicapodeserdivididaemdoistipos:eólicaonshoreconsisteemprojetosemterraeéa

formamaiscomumdeprojetoseólicos;eólicaoffshoreconsisteemprojetosnomar,commaiores

custos associados, mas com melhor qualidade de vento. Existe ainda a possibilidade de instalar

turbinas de pequena dimensão, desenvolvida para ser aplicada à escala local, como em zonas

urbanas.

Eólicaonshore

Aenergiaeólicaonshoreéhojeumafontedeenergiaimportante,contribuindoparaocrescimento

das energias renováveis a nível mundial. A evolução da energia eólica deve-se principalmente à

Pesquisa e Desenvolvimento decorrente desde os anos 70 até aos dias de hoje, concentrando-se

principalmente,emquestõestecnológicas,talcomoamodelaçãodaqualidadedoventoemlocais

AlturaGerad

or(m

)

Diâmetro(m)

Potência(kW)

37

específicos,modelação da aerodinâmica das turbinas e desenvolvimento emelhoria demateriais

(IEA,2013a).

Eólicaoffshore

Aenergiaeólicaoffshoredesenvolveu-sedevidoà identificaçãodeventodemelhorqualidadeem

zonas afastadas da costa. A Dinamarca foi o primeiro país a apostar nesta solução e é hoje o

segundopaíscommaiorcapacidadeinstalada,apenassuperadapeloReinoUnido.ÉnaEuropaque

existea grandepartedosprojetoseólicosoffshore contudo,emPortugal,oelevado investimento

necessário impediu que se crescesse neste tipo de tecnologia, sendo que a grande parte dos

projetosselocalizanoMardoNorteondeaqualidadedoventoémaiselevadaeondeexistemaior

capacidadedeinvestimento(EWEA,2015).

Mini-eólica

Umaoutratecnologiaeólicaexistentenomercadosãoasmicroturbinasqueexistemháváriosanos,

utilizadas para produção de energia emmenor escala. Ainda assim, a sua utilização foi até hoje

limitadaporbaixaseficiênciasepelainexistênciadeestudosprecisossobreaqualidadedoventoem

zonasurbanas(Grieser,Sunak,&Madlener,2015).

4.3.2. Dimensionamento

Osprincipaiselementosdasturbinaseólicassão:

o Base:ofereceestabilidadeàestruturademodoaresistiràforçadoventoerestantesforças;

o Torre:permitequeaturbinaestejaaaltitudeselevadasondeoventotemmelhorqualidade;

o Turbinaeólica:disposiçãodaspásdomoinhogeraenergiacinética,atravésdarotaçãodas

mesmas,posteriormentetransformadaemenergiaelétrica;

A evolução tecnológica tem sido determinante para a comercialização deste tipo de projetos,

permitindoreduçõesdepreçosnaDinamarcade55%entre1980e2000ede65%nosEUAparao

mesmoperíodo(Nielsenetal.,2010).Aevoluçãonadimensãoeaerodinâmicadaspásdasturbinas

edaalturadatorrepermitiuchegaràsturbinasconhecidashoje.

Recentementeaevolução incideem: i)aumentaraalturadastorres,poisquantomaioraalturaa

queseencontraaturbina,melhoraqualidadedovento(ie.Menosturbulência,maiorconsistênciae

maiorvelocidade);ii)aumentarasturbinasdemodoaaumentaraproduçãoe,consequentementea

eficiência;iii)desenvolvercomponentesquepermitamaumentaraeficiência,comoporexemploo

38

vortex, um elemento passivo que melhora o comportamento aerodinâmico das turbinas,

aumentandoaproduçãoanual;iv)estudoeexploraçãodelocaisatéhojeinviáveisondeoventotem

melhorqualidade(comoporexemplooffshore)ev)reduzirperdasatravésdautilizaçãodemateriais

demelhorqualidade,comoporexemplonatransmissão.

Aenergiaoffshoretemevoluídodeformaaaumentaradistânciadosparquesàcostaeaumentara

profundidadeaqueestãoasfundações.Apresentam-seosdiversostiposdefundaçãonaFigura4.3,

em que o tipo de fundação mais utilizado, em 75% dos casos, é o Monopile devido à sua

simplicidade e custo reduzido. Para profundidades menores (<30m) utiliza-se a fundação tipo

Gravity-based, uma solução simples e relativamente fácil de produzir, enquanto que para

profundidadesmaiselevadas(<50m)utiliza-seafundaçãotipoJacketdevidoaoseupesoreduzidoe

elevadarigidez.Paraprofundidadesaindamaiselevadas,encontra-seemdesenvolvimentopelaEDP

InovaçãoemparceriacomaEDPRumafundaçãoflutuantecomancoragemdenominadawindfloat,

quepermitiráatingirprofundidadessuperioresa40m.Aindaassim,agrandemaioriadosprojetos

encontra-sea30kmdacostaea20mdeprofundidade(EWEA,2015).

Figura4.3–Tipodefundaçõesdeeólicaoffshore(EWEA,2015)

Outradiferençaentre a eólicaonshore eoffshore é adimensãodas turbinas edos componentes.

Enquanto que paraonshore se utilizam turbinas com120mde diâmetro e 2MWde potência, as

turbinasoffshoreatingemdiâmetrosepotênciassuperiores.

Para o dimensionamento das turbinas é fundamental avaliar a qualidade do vento no local,

normalmente instalando uma torre para medição da velocidade e direção do vento. Este

procedimentopermiteobterinformaçãosobreavelocidadedoventoaolongodoano,assimcomo

onúmerodehorasdecondiçõesadequadasparageraçãodeenergia,e,consequentemente,ofator

decarga.Asseguintesfórmulassãofornecidaspor(Grogg,2005):

P=!!ρAv3η (3.4)

η=4a(1–a)2 (3.5)

a=(U–U1)/U (3.6)

Monopile Gravity-based Tripod Jacket Tri-pile

39

E=0.01328D2U3 (3.7)

E=PxFCxht (3.8)

E-GeraçãodeEnergiaAnual(kWh)

D–Diâmetrodaspásdaturbina(m)

U–Velocidadeanualmédia(m/s)

U1–Velocidadereduzidanaspásdaturbinadevidoadiferençasdepressão

FC − Fator de Carga = ! !!

P–Potência(kW)

ht–Númerodehorasanuaistotais

Tabela4.4–Rendimentoefatordecargadastipologiaseólicas

TipologiaRendimento8–η

[%]

Fatordecarga–FC

[h(%)]

Onshore 60% 2600(30%)

Offshore 60% 3500(40%)

PequenaEólica 60% 1700(20%)

Adaptadode(EWEA,2009);(IRENA,2014b);(IEA,2015);(IRENA,2012);(Grogg,2005)

Osprojetoseólicosonshore podem ter restriçõesdeproduçãodevidoaquestões ambientais, por

afetaremavesemorcegos,ouporquestõesderuídodevidoàproximidadeazonasurbanas,sendo

necessáriorealizartestesnointerioreexteriordosedifíciosparadefinir,senecessário,medidasde

reduçãoderuídoeatéparagensdeprodução.

Nocasodas instalaçõesemcobertura,énecessárioavaliar seopesoevibraçõesprovenientesda

turbinaetorre,sãocompatíveiscomoedifícioemquestão.Abasedeveserdimensionadademodo

apermitirainstalação.

8Orendimentomáximodeumaturbinaeólicaatingeos60%sendoestevalorafectadoprincipalmentepelavelocidadedovento.Ainda

assim,aexistênciadepoeriaeodesgastedaspás,levaaqueestevalorsejareduzidoaolongodotempo(Grogg,2005).

40

4.3.3. Custos

Os custos da energia eólica são função dos seguintes fatores: i) tecnologia; ii) disponibilidade e

qualidadedovento;iii)custodainstalação,iv)evoluçãotecnológicav)subsídiosgovernamentais.O

primeiro fator é fundamental, em especial para a escolha da localização das turbinas eólicas, e é

compostapor3 características fundamentaisdovento:a velocidade, consistênciadavelocidadee

consistência da direcção (Valentine, 2011). Estas características podem ser modeladas e são

relativamenteeficazestendoemcontaavastaexperienciaexistentenoramo,adquiridaaolongode

4décadasdeinvestigaçãoeimplementaçãodeprojetos(Schwabeetal.,2011).

Os custos de umprojeto eólico podem ser definidos emduas categorias principais.O capex, que

significadespesasdecapitalduranteosestudoseinstalação,eoopex,oudespesasoperacionais.

Capex:Turbina,BoP(trabalhosdeconstruçãoeelétricos),torres,subestação,linhadealtavoltagem,

transformadoresecontingências.

Opex:Administrativos,operaçãoemanutenção,seguros,contingências,impostoslocais.

Oscustosmaisimportantesnumprojetodeenergiaeólicasão:i)aturbina,querepresenta64-84%

doinvestimentoemonshoree30-50%emoffshore, ii)Ligaçãoàrede,querepresenta9-14%e15-

30%no casodeeólicaonshore eoffshore, respetivamente, iii) construção civil, que representa 4-

10%e15-25%paraonshoreeoffshorerespetivamente(IRENA,2014b).

Emtermosdeopex,ocustoéfortementedependentedalocalizaçãodoprojetoedequalaempresa

fornecedoradeturbinas,dependendodocontratoexistenteparaO&M.

Ocustocontinuaaserofatordeterminantenadecisãodeinvestimentoemmicroturbinas,sendoos

custosmuitovariáveisdepaísparapaís.Em2011nosEUAocustodeinstalaçãodumamicroturbina

variava ente 2 307 to 4 604 EUR/kW enquanto que na China, no mesmo ano, o custo era

aproximadamente 1 230 EUR/kW. Esta discrepância de preços torna o negocio difícil para

manufatoresdemicroturbinas(IRENA,2012).

Tabela4.5–Custosdeprojetoseólicos Custo

investimento(€/kW)

O&M(%Custo

investimento)

LCOE(€/kWh)

Onshore 1350 1,5% 0,09

Offshore 3500 2,5% 0,17

PequenaEólica

3300 2,5% 0,15-0,35

Adaptadode(EWEA,2009);(IRENA,2014b);(IEA,2015);(IRENA,2012)

41

4.3.4. Perspetivasfuturas

Aenergiaeólicaéumadasfontesdeenergiacommaiorexpectativasdecrescimentonospróximos

anos,sendoexpectávelqueoscustosassociadosàsuaexploraçãocontinuemabaixar,emespecial

para locais com fracas condições de vento, nomeadamente aqueles com velocidades do vento

abaixo de 8 m/s (Wiser, 2013). A nível mundial existe uma enorme expectativa em relação ao

crescimentodaenergia eólica, esperando-seumcrescimentoanualde5,8%entre2010-2040,um

valorbastanteelevadotendoemcontaquepartedeumvalordebaseelevado,emcomparaçãocom

aenergiasolarquetemumcrescimentoesperadode9,1%anualparaomesmoperíodo,contudo

partindodumacapacidadeinstaladabasemaisbaixa(Tabela4.6).

Tabela4.6–Crescimentoesperadodaproduçãoelétricaporfontedeenergiaentre2010-2040 Crescimento

médioanual 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 Hídrica 3402 3805 4452 4762 5177 5692 6232 2,0%Eólica 342 767 1136 1383 1544 1694 1839 5,8%Geotérmica 66 112 133 146 171 195 220 4,1%Solar 34 157 240 288 327 394 452 9,0%Outras 332 427 549 643 729 800 858 3,2%TotalMundial 4176 5268 6510 7222 7948 8775 9601 2,8%

(IEA,2013b)

Osplanoseuropeuspara2020previamumcrescimentodacapacidade instaladadeenergiaeólica

até 6 875MW, sendo que os novos objetivos, reajustados, preveemuma capacidade instalada de

5300MWno final de 2020.As previsões esperamquedeste total apenasumapartemuitopouco

significante provenha demicroturbinas, algo que demonstra a sua aplicabilidade e escala (EWEA,

2015).

Aenergiaeólicaoffshore continuaráacrescerao longodospróximosanos,ultrapassandoaeólica

onshore,anívelde investimento,apartirde2020(Figura4.4).Emboraoscustossejamfunçãodo

preço das matérias primas, é expectável que existam ganhos de eficiência através de melhorias

tecnológicas, permitindo reduções de custos, algo que será tanto mais provável quanto maior o

investimento(EWEA,2009).

42

Figura4.4–Evoluçãoeprevisãodoinvestimentoanualemonshoreeoffshoreaté2030emmilhõesdeeuros(EWEA,2009)

Apesardasdificuldadesqueaindase farãosentirnopercursoqueasmicroturbinas têma fazer,é

previstoumcrescimentoelevadonestetipodesoluções.Aconfiançadequeexistirãomelhoriasde

eficiênciacomimpactodiretonoscustoseaindaumaumentodeincentivosgovernamentais,levaa

previsõesdequeem2020acapacidadeinstaladaatinjaos3000MW,oquesignificariaumaumento

de 400% em relação à capacidade instalada atual. Para atingir este crescimento, será necessário

tomarmedidasquepermitamumamaioruniformidadedecustos,eincentivosquecriamcondições

paraaumentarainvestigaçãoedesenvolvimento(Grieseretal.,2015).

Um ponto crucial para as microturbinas, é a transparência da certificação das mesmas, pois a

maioria dos dados sobre o funcionamento destas turbinas resultamde simulação semque exista

umagarantiadequeosresultadosreaisserãosimilares(Mithraratne,2009).

4.4. Energiasolartérmica

4.4.1. Tipologias

Os sistemas solares térmicos convertem a energia solar em calor utilizando um fluido para

transferênciadessaenergia,usualmenteágua,arououtroespecificamentedesenvolvidoparaeste

processo.

Anívelmundial,apenas1,2%daenergiatérmicaconsumidanosedifícioséfornecidaporcoletores

solares (IRENA, 2015c), utilizados em94%dos casospara aquecimentode águas sanitárias (AQS),

usualmenteemsistemasdepequenaescalaparamoradiasunifamiliares,mastambémparaescolas,

edifíciosehotéis(MauthnereWeiss,2015).

InvestimentosOnshore

InvestimentosOffshore

43

Os coletores solares podem ser de diversos tipos sendomais comum os planos e os de tubo de

vácuo (IRENA, 2015c). O primeiro é composto por tubos localizados dentro duma caixa isolada,

revestidacomummaterialabsorvedordecorescura,quetransportamfluidodesdeocoletorpara

um tanque de armazenamento. Este tipo de coletores representa 22% do mercado mundial

contudo,naEuropa,sãoresponsáveispor84%domercado(IRENA,2015c).

Osegundotipodecoletorutilizatubosdevidrorodeadosdevácuo,dispostosemparalelo,quetêm

no seu interior uma tubagem de calor ou outro tipo de absorvedor. Desta forma existemmenos

perdasdecalorparaoexterior,sendoporissoidealempaísescomtemperaturasmaisbaixas.Este

tipodecoletoréomaisutilizadoatualmenterepresentando71%domercadomundial,emborana

Europaapenastenhamumpesode11%(IRENA,2015c).

Ambososcoletorestêmumatecnologiaemestadomaduro,quepermiteasuacomercialização,e

têmumenormepotencialtantoparaaquecimentocomoparaarrefecimento(IRENA,2015c).Cada

tecnologia têm uma enorme variabilidade de opções de coletores, com aplicabilidade variada

consoanteascondiçõesclimáticasdolocaldeinstalação.

Osdoissistemasprincipaisparaaproveitamentodaenergiasolarparaaquecimentosãoosistema

thermosyphon eo sistemabombeado (IRENA,2015c).Oprimeiroutiliza a convecçãonatural, que

ocorre devido às diferenças de temperatura no fluido que é aquecido pela energia solar, para

movimentar o fluido desde o coletor até ao tanque de armazenamento do fluido aquecido. Este

sistemaéutilizadoem75%dossistemasinstaladosmundialmente,incidindocommaiorimportância

nospaísescomclimaquente,talcomonosuldaChina,África,AméricadoSul,MédioOrienteeSul

daEuropa.Asuaaplicaçãoemclimasfrescosémenoseficazdevidoàsperdasdecalordotanquede

armazenamentoedapossibilidadedecongelamentodofluidodessemesmotanque(IRENA,2015c).

Poroutrolado,osegundosistemautilizaumabombaparamovimentaressemesmofluidodesdeo

coletorsolaratéao tanquedearmazenamento, requerendooconsumodeenergianestesistema.

Aindaassim,estesistemadominaomercadoNorteAmericano,temalgumaincidêncianaEuropae

Austrália,ondetemmetadedomercado,erepresenta11%domercadomundial(IRENA,2015c).

4.4.2. Dimensionamento

Umfatorimportantenodimensionamentodastecnologiassolares,éavariaçãodiáriaoumensalda

intensidade da radiação solar, pois permite quantificar a energia incidente total, e assim permite

conhecer o fator de carga para o local de instalação. Em Portugal os valores variam entre 1500

44

kWh/m2nonortedopaísemaisde1800kWh/m2no suldopaís. EmLisboaamédiaanualentre

1994e2013foideaproximadamente1600kWh/m2(Figura4.5).

Figura4.5–MapadamédiadairradiaçãosolaremPortugalentre1994e2013(solarGIS,2016)

O dimensionamento dos coletores solares deve ter em consideração o perfil de consumo diário,

assim como as características do local. De forma a simplificar o cálculo, utilizam-se usualmente

softwaresdesimulaçãoadequados,comoporexemplooSOLTERM.

Os valores de consumo existentes apontam para 40 Litros de águas quentes sanitárias (AQS) por

pessoaeareferênciautilizadaindicativa,quedecorredessaaplicaçãoelegislação,édeumcoletor

solartercercade1.5m2porpessoa.

45

Osprincipaispassosabrangemodimensionamentodaáreadocoletorsolar,dovolumedotanque

dearmazenamentoeoutros componentes constituintes, tal comoas tubagense aquantidadede

fluidoutilizado.

Osprincipaisinputsparaodimensionamentodecoletoressolarestérmicossão:

A. ConsumodiáriodeReferência,C(litros)

Este consumo varia consoante a tipologia do edifício, em que hotéis (70 litros/pessoa)

apresentam valores superiores a um edifício residencial (50 litros/pessoa) e uma escola (3

litros/pessoa)

B. Temperaturadereferência,Ttetemperaturaambiente,Ta(°C)

A temperatura de referência é a temperatura máxima que se pretende alcançar a partir da

temperaturaambienteaqueseencontraaágua.

C. Volumedeacumulação,V(litros)

De forma a garantir o fornecimento constante de água quente durante a sua utilização, é

necessárioacumularaáguanumtanque.

D. Áreacoletores,A(m2)

Os coletores têm uma área típica de aproximadamente 2m2, sendo usual utilizar como regra

geral,1,5m2porpessoa9.

Existem perdas de primeira ordem da ordem de 3,5 a 4,5W/m2K enquanto que os rendimentos

óticossesituamentre75a80%.

Os rendimentos variam consoante a época do ano, devido a perdas de calor mais elevadas no

inverno, sendo necessário calcular o rendimento médio anual. Os coletores planos apresentam

rendimentos ligeiramente superiores no verão comparativamente aos tubos de vácuo, contudo

estesúltimostêmrendimentossuperioresnoinverno.

Tabela4.7–RendimentoefatordecargadastipologiassolarestérmicasAdaptadode:(IRENA,2015c);(IEA,2015a)

TipologiaRendimento–η

[%]

Fatordecarga–FC

[h(%)]

Planos 40% 1700(20%)

Tubosdevácuo 50% 1700(20%)

9Odimensionamentodetalhadopodeserconsultadoemhttp://climainstalador.net/dimensionar-sistemas-solares-aqs/.

46

4.4.3. Custos

A competitividade da energia solar térmica para aquecimento depende de três fatores

fundamentais:Oinvestimentoinicialnecessárioparamontarosistema,ocustodemanutençãoeo

preço das alternativas, neste caso o preço do gás e da eletricidade. Embora os custos variem

significativamenteanívelmundial,podendoexistirpaísesemqueaviabilidadedesta tecnologiaé

reduzida, na europa a competitividade é elevada, existindomuitas situações em que os sistemas

solarestérmicossãomaisbaratosqueogásnaturalouaeletricidade,comcustodeUSD0,04/kWhth

emalgunspaísesdoSul(IRENA,2015c).

O principal custo desta tecnologia é o coletor solar e o sistema de suporte, representando

aproximadamente 50% dos custos de capital. As tubagens e isolador representam 16% enquanto

que o tanque de armazenamento representa apenas 11% dos custos de capital. A restante

percentagemdeve-seàsválvulas,sensores,sistemasdebombagemepermutadordecalor(IRENA,

2015c).

Tabela4.8–Custosdeenergiasolartérmica

Adaptadode:(IRENA,2015c);(IEA,2015a)

4.4.4. Perspetivasfuturas

Ainovaçãoprevistanaáreadoscoletoressolares,temcomoobjetivoareduçãodecustosatravésde

sistemasmaiseficientesquepermitamreduziraáreadecoletoresnecessária,eprevê-se também

queos coletores sejammais finos e duráveis através da otimização demateriais empregados.Os

edifíciossolaresativosutilizam50%deenergiasolartérmicaparaoaquecimentoearrefecimentode

águaedeespaços,sendoexpectávelqueestevalorseaproximede100%até2030(IRENA,2015c).

Para atingir este objetivo seria necessário armazenamento termoquímico que permitisse que a

radiaçãosolardoverãocobrisseasnecessidadesenergéticastérmicasdoinverno(Finck,etal.,2014;

Kramer,etal.,2014).Serátambémnecessárioatingircertosobjetivosaníveldeeficiênciatérmica

nosedifíciosparaqueexistammenoresperdasdecaloreummelhor comportamento térmicono

geral(IRENA,2015c).

Custoinvestimento(€/kW)

O&M(%Custo

investimento)

LCOE(€/kWh)

Grandeescala 1000 1% 0,09

Residencial 2100 1% 0,12

47

Sistemasdeaquecimentoaescaladistritalsãotambémimportantesparaummaioraproveitamento

daenergiasolartérmica.Estessistemaspodemalimentarumarededistritaldiretamenteouatravés

de tanques de armazenamento de grande capacidadequepermitema utilização de energia solar

térmicaabsorvidanoverãoduranteooutonoouinverno.Existemsistemasdegrandeescalaonde

coletorescomáreasentre1000e37000m2earmazenamentosentre3000a61000m3,fornecem

até50%dasnecessidadesdeaquecimentodeespaçoseáguasdeedifíciosdegrandedimensãoou

vilas,oumesmo90%nocasodealdeiasmaispequenas(IRENA,2015c).

O desenvolvimento de tecnologias de arrefecimento utilizando energia solar tem tido um

crescimento elevado ao longo da ultima década, contudo, é esperado um decréscimo deste

crescimento para valores próximos dos 10%, quando entre 2007 e 2008 foi de 32%.

Aproximadamente 75% da capacidade instalada desta tecnologia encontra-se na Europa, em

especial em Espanha, na Alemanha e em Itália, sendo utilizada tecnologia semelhante à do

aquecimentosolar(MauthnereWeiss,2015).

4.5. Energiasolarfotovoltaica

4.5.1. Tipologias

Aenergiasolar fotovoltaicaéumaformadeenergiaquetransformafotõesda luzemeletricidade

atravésdoefeitofotovoltaico,operandonapresençadaincidênciadiretaoudifusaderaiossolares.

Hoje,aenergiasolar fotovoltaicaéumafontedeenergiacujaviabilidadetécnicaecomercialestá

assegurada,comcapacidadedegeraçãoefornecimentodeeletricidade.

Embora a capacidade instalada de células fotovoltaicas apenas permita fornecer 0,1% da

eletricidade mundial, é previsto que exista uma rápida expansão com aumento de quota de

mercado, algo que se prevê devido ao crescimento anual de 40%nos últimos anos (Zhang et al.,

2012).Outrasprevisõesapontamparaqueaenergiaprovenientedecélulasfotovoltaicasrepresente

5%dapotênciamundialem2030e11%até2050.

Os módulos fotovoltaicos podem ser de 3 tipos principais: silício mono-cristalinas, silício poli-

cristalinas e silício amorfo. As células de silício cristalino representam 90% dos novos módulos

instaladosdevidoàsuamaturidadenomercadocomcustosatrativoseelevadaseficiências.

Ao longo da segundametade do século 20, o aumento da eficiência dosmódulos fotovoltaicos é

progressivo, atingindo eficiências de conversão de 4% inicialmente, até 11%no final do século. A

comercializaçãodestetipodetecnologiaaumentaaolongodosanos.

48

Existemtrêsgeraçõesdeenergiasolarfotovoltaicaquesãofunçãodosmateriaisutilizadoseainda

do nível de comercialização da tecnologia. Atualmente utilizam-se a primeira e segunda geração,

enquantoquea terceira ainda seencontranuma fasede investigaçãoedesenvolvimento (IRENA,

2014b).

A energia solar fotovoltaica é uma fonte de energia disponível e competitiva a escalas distintas,

podendoserutilizadatantoanívelresidencialcomoemgrandeescala,sendoqueoprimeirotipode

instalaçãotemmaisunidadesinstaladasenquantoqueosegundomaiscapacidadeinstalada(IRENA,

2014b).

4.5.2. Dimensionamento

Paraalémdodimensionamentodomódulofotovoltaico,énecessárioefetuarcálculosparaescolher

ocontroladordecarga,asbateriaseoinversor.Osprincipaisdadosnecessáriosparadimensionara

potênciadestatecnologia,éomapade irradiaçãosolar,orendimentodosistema(Tabela4.9)ea

áreadopainel.

E=ηxAxG (3.9)

η–Rendimento

E–GeraçãodeEnergiaAnual(kWh)

G–Irradiaçãosolaranualmédia(kWh/m2)

A–Áreamódulo(m2)

Tabela4.9–Rendimentoefatordecargadastipologiassolaresfotovoltaicas

Adaptadode:(IEA,2015a);(IRENA,2014b)

TipologiaRendimento–η

[%]

Fatordecarga–FC

[h(%)]

Silíciomono-cristalinas 16% 1700(20%)

Silíciopoli-cristalinas 13% 1700(20%)

Silícioamorfo 10% 1700(20%)

49

4.5.3. Custos

Oscomponentesdaenergiafotovoltaicasãoomódulo,osuportedomódulo,oscaboselétricoseo

inversor de corrente. A tecnologia fotovoltaica é simples e a sua operação não exige vasta

experiencia,aocontráriodeoutrostiposdeenergiarenovável.

Oaumentoexponencialdacapacidadeinstaladaverificadonosúltimosanos,evidenciaumaumento

de competitividade deste tipo de energia que não pode ser explicado apenas pelos incentivos

governamentais existentes. Existe uma evolução tecnológica que sustenta o crescimento, assente

principalmente na melhoria da eficiência dos módulos e coletores, e ainda na melhoria do

funcionamentodosrestantescomponentes.

Através da evolução tecnológica foi possível reduzir custos da energia fotovoltaica

significativamente até atingir a maturidade, alcançando a paridade na rede em muitos casos, e

avaliandoatendênciadereduçãodecustos,éexpectávelqueaparidadesejaaregraemtodosos

países em vez de ser a exceção. Os custos de capital dum sistema fotovoltaico são divididos nos

custos do módulo e nos custos dos restantes materiais necessários para o funcionamento do

sistema.

Aníveldosmódulos,aeficiênciaaumentoude15%para21%aolongodosúltimos10anos,através

de optimização dos materiais utilizados, nomeadamente a sílica cristalina. Os restantes

componentes também tiveram aumentos de eficiência consideráveis em especial o inversor de

corrente,comreduçõesdecustosde29%(IRENA,2014b).

Ocustodomóduloécompostopelocustodosmateriaisqueocompõem,nomeadamenteosilício,e

ainda os custos de fabrico e montagem, enquanto que o custo dos restantes materiais inclui os

custosdaestruturadesuporteeoscustosdosistemaelétrico.

Nos últimos anos a redução de custos mais importante foi no módulo, onde se alcançou uma

reduçãodecustode75%entreofinalde2009eoiníciode2014,comosepodeobservarnafigura

4.6.

50

Figura4.6–Evoluçãodocustodomóduloente2009–2014(IRENA,2014b)

Estareduçãodepreçodeve-seàelevadapesquisaedesenvolvimentoexistenteanívelmundialpara

estetipodetecnologia,permitindoumamaioreficiênciadomódulo.Apesardatendênciaevidente

dareduçãodecustos,aindaexistealgumavariabilidadedecustosdependendodopaísemquestãoe

do fabricante e não só. Também se pode verificar uma variabilidade de custo dependendo da

dimensãodosistema,sendoqueossistemasdepequenaescalatêmmóduloscommaiorcusto.

Existeumadiferençadecustoentreosmóduloscomsuporteterrestreemóduloscomsuporteem

coberturadeedifíciosdevidoaeconomiasdeescala.Observa-sequeos custos sãomaiselevados

para os sistemas de menor capacidade, embora a diferença seja reduzida e se tenha também

assistidoaumdecréscimodecustosnossistemasdemenordimensão.Emrelaçãoaoscustosdos

restantesmateriais do sistema, entre 2008 e 2013 assistiu-se a umdecréscimode custos de 77%

paraossistemasmaiorese69a73%nossistemasdemenordimensão.Emborasejaumarealidade

queoscustosdosistemasejammaioresparasistemasdemenorescala,ocustopodeserbastante

competitivoparaedifícioscomerciaisouresidenciais(Tabela4.10).

Tabela4.10–Custosdeprojetosfotovoltaicos

Adaptadode(IRENA,2014b)(REN21,2015)

4.5.4. Perspetivasfuturas

Devido à redução significativa do custo do módulo, ao longo dos últimos anos, os custos dos

restantes materiais ganham maior importância por ser aqueles onde poderá incidir uma maior

Custoinvestimento(€/kW)

O&M(%Custo

investimento)

LCOE(€/kWh)

GrandeEscala 1500 1% 0,11

Residencial 2500 1% 0,15

51

reduçãodecustosnofuturo.Asprevisõesapontamparareduçõesdecustosquepermitamatingir

valores abaixo dos 0,08€/kWh e em algumas zonas atingir valores próximos dos 0,05€/kWh, em

especialnaszonasondeaqualidadedaradiaçãosolarémaiselevada.Seráfundamental legislação

queprolongueereforceoapoioaestetipodetecnologia,equepermitareduzircustosrelativosa

autorizaçõeseligaçãoàrede(IRENA,2014b).

O desenvolvimento de novas formas de tecnologia poderá ser importante, emespecial a terceira

geraçãode fotovoltaicode formaapermitir a instalaçãomais simplesde células fotovoltaicasem

locaisatéhojeimpensáveis,talcomonaestrada,natintaouatédiretamentenastelhas.

Outras tecnologias visam aproveitar a relação entre o aumento de temperatura e a redução de

eficiência dos módulos fotovoltaicos, aproveitando o calor para gerar energia térmica para

aquecimentodeáguaseespaços.Estasoluçãopermitemaiorestaxasdeconversãodeenergiaquea

tecnologiasolarfotovoltaicaesolartérmicaatual(Zhangetal.,2012).

4.6. Biomassa

4.6.1. Tipologias

A biomassa engloba todas asmatérias orgânicas, cujo potencial energético pode ser aproveitado

parageraçãodeenergiatérmicaouelétrica.Enquantoqueoscombustíveis fósseis necessitamde

milhõesdeanosparaseformarem,abiomassaéconsideradaumrecursonaturalrenovávelpeloseu

ciclodevidarelativamentecurto.

A biomassa pode ser utilizada para três áreas fundamentais da energia: geração de eletricidade,

utilização como combustível para transportes e geração de energia térmica para edifícios ou

industrias. O sector com maior peso é o doméstico onde se consome uma grande parte deste

recurso.

Hoje,a lenhaéoprincipal combustíveldebiomassa,emespecialempaísesemdesenvolvimento,

emboraatendênciapasseporsubstituirestematerial tradicionalporaparaseoutrasformasmais

fáceisepráticasdetransportar,comercializareutilizar.Asprincipaisfontesdebiocombustíveissão:

i) Culturas energéticas; ii) produtos florestais; iii) Resíduos agrícolas; iv) Resíduos animais (IEA,

2014b).

Abiomassatemsidoutilizadadesdehámuitosanos,sendoamediçãomaissimplesatonelada,no

casodosresíduossólidosoulitrosnocasodelíquidos.Acapacidadecaloríferadependedomaterial

emquestãoeexistemdiversosmodosdetransformaçãoemenergiafinal.

52

Tanto na energia térmica como na energia elétrica, a biomassa sólida é a fontemais comum de

energia de biomassa, com um peso de 80%. Outras fontes incluem o biogás, biocombustíveis e

resíduossólidosmunicipais(REN21,2015).

Aformamaiscomumdeconversãodasmatériasemenergiafinaléaconversãodireta,atravésda

incineraçãodosmateriais.Outrastécnicasdeconversãoincluemadensificaçãodeóleoseprocessos

químicosquepermitemmelhoraraeficiênciadosmateriaisparaincineraçãoposteriormente.

Existem sistemas modernos de biomassa sólida para aquecimento para diferentes escalas, com

dimensão desde 5 kW até 100kW, cujo combustível são lenha ou aglomerados e granulados de

madeira.Estessistemaspodemserutilizadosanívelcomercialeindustrialcomdimensãoentre100

e500kWouanível industrialdemaiordimensãoedistrital comcapacidades superioresa1MW

(REN21,2015).

Amaiordesvantagemdestetipodesolução,éanecessidadedeoperaracaldeira,carregando-acom

pelletsedescarregando as cinzas, pelomenos uma vez por semana. Embora ambos os processos

sejamfáceis,devidoàhomogeneidadedospelletsecaixadecinzassimplesdedescarregar,obrigam

adespenderalgumtempo,algoquenãoocorrecomaenergiasolar.

Aescolhaentreambasastecnologiasdepende,porumlado,dadisponibilidadedeáreaeexistência

de sombreamentos na cobertura e da irradiação solar existente na zona, e por outro lado da

disponibilidadedeespaçoparainstalaçãodacaldeiraearmazenamentodospellets,assimcomodo

fornecimentodepelletsparainstalaçõesdemaiorescala.

Ossistemasdebiogásfornecemaquecimentoeeletricidadeaedifícioseindustria,comsistemasde

1a5m3paraedifíciosdomésticos,utilizandoresíduosdomésticosquesãodigeridosemcondições

anaeróbicasparatransformaçãoemmetano.

Sistemasdebiocombustíveislíquidossãoutilizadosparareduzirosefeitosdepoluiçãoassociadosa

biomassatradicional,emespecialnospaísesemdesenvolvimento.

4.6.2. Dimensionamento

As caldeiras de biomassa diferem das caldeiras convencionais, pela necessidade de estarem a

produzir acima dos 70% de capacidade durante 24 horas por dia, de forma a funcionarem

adequadamente(Santos,2009).Assim,ascaldeirasdebiomassasãomaisadequadasparaconsumos

constantesaolongododia,tendodificuldadeemresponderapicosdenecessidadesenergéticas.As

53

caldeirasdebiomassa(Tabela4.11)sãoportantomaispequenasqueascaldeirasagásouagasóleo

(SolarWaters,2015)

ÉusualautilizaçãodestetipodecaldeiraparaaquecimentodeAQSeparaaquecimentodeespaços,

utilizando-seumarelaçãoempírica(WoodlandRenaissance,n.d.)entreovolumeaaquecer,V,em

m3eapotênciadacaldeira,PemkW(3.8).

𝑃 = ! !" (3.10)

A quantidade de combustível anual necessária, Q, em kg, é calculada dividindo a potência da

caldeirapor4(3.9).

𝑄 = ! ! (3.11)

Tabela4.11–RendimentoefatordecargadastipologiasdeBiomassa

TipologiaRendimento–η

[%]

Fatordecarga–FC

[h(%)]

BiomassaSólida 30% 80%

(REN21,2015)

4.6.3. Custos

Os custos dependem do tipo de tecnologia utilizada variando consoante a finalidade. Os custos

podemincluirosgeradores,otransportedemateriais,digestoresegaseificadoreseaindacustosde

instalaçãoeconstruçãodeinfraestruturas.

Oscustossãoapresentadosparacadatipodetecnologiaconsoanteasuafinalidade(Tabela4.12).

Tabela4.12–Custosdeenergiadebiomassa

Custoinvestimento

(€/kW)O&M

(%Custoinvestimento)

LCOE(€/kWh)

Energiaelétrica

Sólida 600–3500 2% 0,11

Aquecimento

Pellets 280–1000 2% 0,05–0,28

(REN21,2015)

54

4.6.4. Perspetivasfuturas

Emboraexistamtecnologiasemdesenvolvimentoqueapontamparatécnicasdemelhoramentodos

materiaisdemodoaaumentarasuacapacidadecalorífera,osdesenvolvimentosprincipaisincidem

emtornarabiomassasólidanummaterialmais fácilehomogéneo.Nessesentido,a industriados

aglomerados e granulados de madeira tem estando em crescimento ao longo dos últimos anos

(Figura 4.7), sendo uma técnica que reduz os inconvenientes da biomassa sólida, tal como a

irregularidadedosmateriaisedificuldadedeembalar.

Figura4.7–Evoluçãodaproduçãomundialdeaglomeradosegranuladosdemadeiraentre2004e2014emmilhõesdetoneladas

(REN21,2015)

Aincineraçãoemgrandeescalaouacomercializaçãodosmateriais,permitecimentaraimportância

da biomassa no sector energético. A plantação de florestas e de culturas para biomassa, evita a

desflorestação e fomenta a criação de atividade económica com efeitos positivos imediatos na

economia.

Existem benefícios na utilização de biocombustíveis no sector dos transportes, em especial a

redução de dependência energética dos combustíveis fósseis contudo, existem também desafios

importantes,talcomoautilizaçãodeculturasparaenergiaemdetrimentodaindustriaalimentar.

MilhõesdeToneladas

RestodoMundo

RestodaAsia

China

Rússia

EstadosUnidos,Canada,México

UniãoEuropeia(EU-28)

24,1MilhõesdeToneladas

55

4.7. Síntese

Comoseviuanteriormente,orendimentoeofatordecargasãovaloresfundamentaisparaanalisar

a aplicabilidade de fontes de energia renovável, pois permitem obter valores de produção de

energia para um dado local. Tendo em conta a variabilidade destes parâmetros consoante a sua

localização,apresentam-sevaloresmédiosnaTabela4.13.

Tabela4.13–FactosenúmerosdasenergiasrenováveisFontedeEnergia Rendimento Fatordecarga

EnergiaElétrica

Mini-hídrica 40–80% 40%

Mini-eólica 60% 20%

SolarFV 16% 20%

EnergiaTérmica

SolarTérmico 50% 20%

Biomassa 30% 80%

Para efetuar uma análise de viabilidade do ponto de vista económico, é necessário conhecer os

principaiscustos,nestecasooinvestimentoinicialeocustodeO&M.Consideram-sevaloresmédios

devidoànecessidadedeestudosexatosparaobtençãodevaloresprecisos(Tabela4.14)

Tabela4.14–FactosenúmerosdasenergiasrenováveisFontedeEnergia Investimento

(€/kW)

O&M

(%)

EnergiaElétrica

Mini-hídrica 2500 3%

Mini-eólica 3300 2,5%

SolarFV 2500 1%

EnergiaTérmica

SolarTérmico 2100 1%

Biomassa 1000 2%

Emboraasváriasfontesdeenergiatenhamperíodosdevidadiferentes,considera-seumperíodode

vidade25anosparatodas.

56

5. Análisedeviabilidade

5.1. Comosedefineviabilidade

Aviabilidadedassoluçõespodeseranalisadadesdemúltiplasperspetivas(Pinheiro,2014),desdea

económica, social, ambiental, tecnológica e a física, sendo importante ter em conta todas estas

vertentesdemodoaobterresultadosmaiseficazesecompletos.Aviabilidadedassoluções,assenta

nosseguintespilares:

• Viabilidade tecnológica: A tecnologia está disponível de forma acessível para o local de

análise? A sua eficiência é garantida? Existem meios humanos para a sua instalação,

manutençãoegestão?

• Viabilidade física: Existe espaço ou outras condições físicas para a realizar na zona em

questão?

• Viabilidadeeconómica:Temumperíododeretorno(VAL,TIR)interessanteeumtempode

vida que assegura a sua concretização? Os investimentos e acesso ao financiamento

asseguracondiçõesparaasuarealização?

• Viabilidadeambiental:Osrecursosestãodisponíveisemquantidadeequalidadeparaasua

realização (condições solares, vento ou hídricas)? O impacte da sua implementação é

globalmentepositivo?QualoresultadodeumEIA(Estudodeimpacteambiental)?

• Viabilidadesocial:Existemcondiçõesparaasuaaceitação,dadooseurisco?Éaceitepela

comunidadelocal?

• Viabilidade legal: Existem condições para a sua aceitação pelos organismos e entidades

locais?

A viabilidade tecnológica encontra-se documentadapara as tecnologiasmaismaduras, através da

pesquisaepelaexperimentaçãojáexistente,sendopossíveldefinirvalores,ouintervalosdevalores,

nomeadamenteemrelaçãoàpotênciaerendimentoequaisoscustosenvolvidos.

A viabilidade física depende fortemente da localização, pelo que as variáveis têm uma forte

sensibilidade ao local em estudo. É fundamental efetuar estudos para obtenção de valores

concretos,talcomoairradiaçãosolar,qualidadedovento,mediçãodecaudaiseoutrosdados.Até

ao momento, verificou-se quais as soluções com viabilidade tecnológica, sendo necessário

informação pormenorizada em relação ao local de aplicação, para analisar a viabilidade física e

económica.

57

Aviabilidadeambiental,sociale legal implicaummaiordetalheepormenorização,portantoasua

análiseseráteóricaegenérica.

Atualmente, grande parte da produção de energia eólica e solar é a partir de parques eólicos e

solaresdegrandeescala,comproduçãocentralizadaecomtransportedaenergiaatravésdaredede

distribuição. O desafio passa por aumentar a energia produzida a partir de soluções de menor

escala,inserindoosmoinhoseólicosepainéissolaresnaszonasurbanas,aproveitandoascoberturas

deedifícioseoutrasáreascujopotencialéelevado,ecujaexploraçãoparaproduçãodeenergiaé

inexistenteoureduzida(Calvilloetal.,2015).

5.2. Modelodeanálisedaviabilidade

Omodelodaanálisedeviabilidade,temcomoobjetivotipificarehomogeneizarestetipodeanálise,

demodoapossibilitaraaplicaçãodomodeloaáreasdistintas,daformamaissuaveesimples.Desta

forma,identificam-seosseguintespassoscomofulcraisparaestetipodeanálise:

1) Obtençãodeinputs:

a. Identificar as necessidades energéticas no local de análise, para diferentes escalas

(Edifício,bairro,cidade),utilizandonocasobase,osvaloresobtidosnocapítulo3;

i. Características do edifício em análise (Número de edifícios, número de pisos,

número de fogos, número de pessoas, área da cobertura, área bruta de

construção);

ii. Médiasconsumoenergético(elétricoetérmico);

iii. Variabilidadediáriado consumo (Casobasenão consideravariabilidadediária,

considerandomédiasanuais);

b. Identificaropotencialderenováveis,utilizandonocasobasevaloresdocapítulo4,

sendonecessárioestudosespecíficosaoslocaisdeanálisepararesultadosmaisprecisos;

i. Hídrica–Caudal,alturaútil,espaçoeacesso;

ii. Eólica–Qualidadedovento,distânciaentreedifícios,áreaverde;

iii. Solar–Radiaçãosolar,áreacobertura;

iv. Biomassa–Espaçoocupado,quantidadederesíduosoupelletsnecessários;

2) Selecionaroconjuntodesoluçõesdesejadoepossível,tendoemconsideraçãoaanálise

efetuadanocapítulo4;

a. Conjugardiferentesescalas;

b. Compatibilidadeentresoluções:comoimplementardiferentestecnologiasnum

determinadoespaço;

58

3) Analisarasviabilidades;

a. Viabilidadefísicaimplicaaobtençãodedadosconcretoseespecíficosaumadada

localização,sendopossível,atravésdesimplificações,obtervaloresgerais;

b. Viabilidadeeconómicapermiteverificarseoprojetocriavalorou,pelocontrário,destrói

valoremcomparaçãocomocasodenãopromoveraimplementaçãodasfontes

renováveis.Algunsindicadoresrelevantes:

i. Investimento;

ii. Taxaderentabilidade;

iii. Valoratualizadolíquido;

iv. Tempoderetornodoinvestimento;

v. RelaçãoBenefício/Custo;

4) Avaliaçãocriticaidentificaaslimitaçõesefraquezasdomodelo,reconhecendoorealalcancedos

resultados;

5) Conclusãoqualéviabilidadedasrenováveisequemix,respondendoàquestãoiniciale

propósitodadissertação.

5.3. Casodeestudo–moradia

Apósobterosinputsnecessáriosreferentesaoconsumodeenergiaeàscaracterísticasdasdiversas

tecnologias, é possível conjugar as diferentes fontes de energia de modo a fornecerem a maior

proporçãopossíveldasnecessidadestérmicaseelétricasparaocasodeestudo.

O modelo considera prioritária a implementação de energia solar térmica para aquecimento de

águas sanitárias (AQS), devido à obrigação legal de utilização deste tipo de energia em novas

construçõessegundooDecreto-LeiNo80/2006de4deAbril,explicadopelaelevadamaturidadee

eficiênciadestafontedeenergia.

De seguida implementa-se a energia solar fotovoltaica, de forma a satisfazer as necessidades

elétricas, recorrendo também à mini-eólica e à mini-hídrica, no caso de ser necessário maior

produçãodeenergiaelétrica.

5.3.1. Característicasmoradia

Paraanalisaroconjuntodesoluçõesadequado,começa-sepordefinirosinputsecaracterísticasda

moradiautilizadaparaocasobase(Tabela5.1).OsistemadeavaliaçãodasustentabilidadeLiderA,

definiu diferentes modelos provenientes para análise das soluções de sustentabilidade,

59

nomeadamente umamoradia, que se utiliza para a análise (Pinheiro, 2010), demodo a definir o

númerodepessoaseasdiferentesáreas,talcomoaáreadacoberturaeaáreabrutadeconstrução.

Tabela5.1–CaracterísticaseinputsparaumamoradianocasobaseMoradias 1,0

Pisos/Moradia - 2,0Nºpessoas - 6,0

ÁreaCobertura m2 230,0ÁreaBrutadeConstrução m2 450,0

Figura5.1–Plantaeperspetivadamoradiaequarteirão(Pinheiro,2010)

5.3.2. Necessidadesenergéticas

Deseguida,utilizam-sevaloresdeconsumosanuaisprovenientesdocapítulo3,assimcomoasua

divisãoentreconsumostérmicoseelétricos,quesão24%e76%doconsumototal,respetivamente.

Ocálculodoconsumoanualtotalde30000kWhporano,éobtidomultiplicandooconsumoanual

percapita(5000kWh)pelonúmerodepessoas(6pessoas)(Tabela5.2).

Assume-se que a energia para o aquecimento de águas quentes sanitárias é produzida utilizando

energiasolartérmica,enquantoqueoutrasnecessidadesdeaquecimentoepreparaçãoderefeições

sãosatisfeitasporenergiaelétrica.OsvaloresconsideradossãoapresentadosnaTabela5.2.

60

Tabela5.2–CaracterísticasdoconsumoanualdeumamoradiaparaocasobaseConsumopercapita kWh 5000

ComposiçãodoconsumoAQS % 24%

Elétrico % 76%Consumototal

AQS kWh 7200,0Elétrico kWh 22800,0

Total kWh 30000,0

5.3.3. Potencialderenováveis

Osinputsreferentesàsdiferentesfontesdeenergiasãoosvaloresapresentadosnocapítulo4.Estes

valores podem variar consideravelmente consoante o local de instalação, assim efetua-se uma

análisedesensibilidadeposteriormente,deformaaverificarcomovariamosresultadosconsoantea

alteração de diferentes variáveis. De qualquer modo, os valores apresentados são valores

conservadores,procurandoassimprecaverlocaisesituaçõesdemenorproduçãodeenergia.

A Tabela 5.3 avalia a viabilidade das diferentes tecnologias para amoradia em análise, utilizando

uma escala de cores para avaliar o potencial de cada fonte de energia consoante o local de

instalação. O verde representa uma solução quanto mais viável quanto mais forte a tonalidade,

enquanto que o encarnado representa uma solução quanto menos viável quanto mais forte a

tonalidade.

Tabela5.3–CaracterísticasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergiaFontedeEnergia Áreacobertura ÁreaFachadas Terrenolivre ÁreaInterior

EnergiaTérmica

SolarTérmico Sim Não Não Não

Biomassa Não Não Sim Sim

EnergiaElétrica

Mini-eólica Sim Não Sim Não

SolarFV Sim Sim Não Não

Mini-hídrica Não Não Sim Não

61

Dependendodotipodecobertura,oscoletoressolarestérmicoseosmódulosfotovoltaicospodem

ser colocados de forma distinta na cobertura. Para coberturas inclinadas é possível apoiar

diretamentena coberturanaságuasorientadasa sul (figura5.3–a), enquantoquenas restantes

águasénecessáriocolocarumaestruturaquepermitaorientarospainéisparasul(figura5.3–b)

Figura5.2–Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasinclinadas(VPCBuilders,2016)e(TelaStrong,2016)

No caso de coberturas planas é necessário a utilização de estruturas que inclinem os coletores

térmicosecoletoresfotovoltaicosdeformaaqueasuaorientaçãosejaparasul,maximizandodessa

formaaincidênciasolar(figura5.5).

Figura5.3-Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasplanas(KrannichSolar,2016)

Ascondições locaisassumidasparaa irradiaçãosolareparaavelocidadedoventocorrespondem,

paraocasobase,àmédiaexistentenazonadeLisboa (Baltazar,2010).Poroutro ladoocaudale

altura de água são valores de referência utilizados de forma exemplificativa, devido à maior

dificuldadeemencontraresterecursoemmeiourbano(Tabela5.4).

Tabela5.4–InputsassociadosacondiçõesatmosféricasIrradiaçãosolar kWh/m2 1600,0

VelocidadeVentomédia m/s 17Caudal m3/s 0,06Altura m 1,5

Demodoaobteraconjugação idealde fontesdeenergia renovável,procede-seaumaanáliseda

produção de energia possível proveniente de diversas fontes, utilizando diferentes potências e

soluções.

a) b)

62

5.3.4. Conjuntodesoluções

Energiatérmica(AQS)

A energia térmica para aquecimento de águas sanitárias é produzida recorrendo à energia solar

térmica.Assim, calcula-se a áreadepainéis solares a instalar na coberturade formaa fornecer a

totalidadedaenergiatérmicanecessária(Tabela5.5).

Assumindoumacoberturadereduzidainclinação,onde50%daáreaestádisponívelparainstalação

de coletores solares, procede-se ao cálculo da área necessária para produção da totalidade da

energiaparaAQS.

Tabela5.5–InputsparaocálculodaáreadecoletoressolaresNecessidades kWh 7200,0

Irradiaçãosolar kWh/m2 1600,0Áreacoletormin m2 9,0

Rendimento % 50%

Chega-seassimànecessidadedeutilizaçãode9m2depainéis,queproduzmaisde100%daenergia

necessáriaparasatisfazerasnecessidadesanuaisdeAQS,ocupandoaproximadamente4%daárea

totaldacobertura(Tabela5.6).

Tabela5.6–CálculodaáreadecoletoressolaresDimensão m2 10,0

Utilizaçãocobertura % 4,0%Potência kW 4,57Produção kWh 8000,0

Produção/necessidades % 111%

A dimensão necessária dos coletores existentes varia, função da tecnologia selecionada, sendo

comummediremaproximadamente2m2cadapainel,podendoseracopladosemgrupodeformaa

aumentar a produção de energia. Regra geral, utiliza-se 1 a 1,5 m2 de coletor solar por pessoa,

valoresqueseverificamnestecasocomumvaloraproximadode1,5m2porpessoa.

No caso de não existir possibilidade de instalação de energia solar térmica, a solução alternativa

incidena instalaçãodeuma caldeiradebiomassa. Este tipode soluçãoé semelhanteàs caldeiras

convencionais,distinguindo-sepelanecessidadedefuncionamentocontinuoaolongododia.Refira-

sequeéusualincluirarmazenamentodasAQS,umsistemasupletivoparaalgunsperíodos.

63

Energiaelétrica

A energia elétrica representa amaioria do consumo de energia doméstica, podendo ser utilizada

para diversos fins, inclusive aquecimento de águas sanitárias. Logo, seria possível a utilização de

módulosfotovoltaicosemsubstituiçãodoscoletoressolaresparaaquecimentodeáguassanitárias,

contudodevidoàbaixaeficiênciadosmódulosfotovoltaicos,nestadissertaçãoapenasserecorrea

estatecnologiaparaproduçãodeenergiaelétrica.Assim,verifica-seaimportânciadeexistirummix

desoluções,garantindodessaformaumfuncionamentomaiseficientedosistema,juntamentecom

maiorresiliênciaesegurança.

Para produção de energia elétrica, a presente dissertação inclui a energia fotovoltaica, a energia

eólica,usualmentecomplementaràfotovoltaicapelaexistênciadeventoemperíodosdepoucaou

nenhuma irradiação solar, e ainda a energia hídrica, cuja aplicabilidade depende da existência de

caudalpróximodolocaldeprodução.

De forma a satisfazer todas as necessidades de consumo de energia elétrica utilizando apenas a

energia solar fotovoltaica, utilizam-se os dados da Tabela 5.7 para calcular a área de painéis

fotovoltaicosnecessária.

Tabela5.7–InputsparacálculodaáreademódulosfotovoltaicosNecessidades kWh 22800,0

Irradiaçãosolar kWh/m2 1600,0Rendimento % 16%

NEH h 1750Emboraasoluçãodescritaacimapermitaproduzirenergiasuficienteparasatisfazerasnecessidades

de energia elétrica anuais (Tabela 5.8), obrigaria à comprade energia elétrica à rede, emdias de

fraca irradiação solar, não existindo uma alternativa renovável local. Para além de não oferecer

segurança energética suficiente, obriga à utilização de 40%da área de cobertura total através da

instalaçãode45módulos fotovoltaicos,algoquepoderá limitaresta solução. Logo, seriabenéfico

considerarainstalaçãodeoutrastecnologias,algoqueenfatizaaimportânciadeexistirummixde

soluções.

Tabela5.8–CálculodaáreademódulosfotovoltaicosDimensão m2 90,0

Utilizaçãocobertura % 40%Potência kW 13,2Produção kWh 23000,0

Produção/necessidades % 101%

64

A alternativa à energia fotovoltaica mais comum é a energia eólica. Esta fonte de energia pode

fornecera totalidadedaenergiaelétrica, contudo, serianecessário instalarumapotência totalde

13kW(Figura5.9).Oprincipalfatorqueimpedeestasoluçãoéofactodenãoexistirresiliênciano

sistema pois em situações de vento reduzido, a produção é fortemente afectada devido à

inexistênciadeumaoutrafontedeenergia.Adicionalmente,umasoluçãodestetipocausaelevado

ruídoeocupabastanteespaçodevidoànecessidadedeumraiodesegurançanazonapróximada(s)

turbina(s). Assim, é fundamental encontrar um mix entre a energia fotovoltaica e a solar, em

especialdevidoàcomplementaridadeentreosrecursosnaturaisrespetivos.

Tabela5.9–CálculodonúmerodeturbinaseólicasparaproduçãodatotalidadedasnecessidadesNecessidades kWh 22800,0

Númeroturbinas - 4Potência kW 3Produção kWh 21000,0

Produção/necessidades % 92%

Soluçãocommix

A conjugação de diversas tecnologias que utilizam fontes distintas oferece maior segurança

energética,reduzindoanecessidadederecorreràredeelétrica,econtribuiparaozerodeenergia.A

energia solar e a eólica são complementares uma da outra, exemplificando a importância da

existênciadeummixdesoluções(Tabela5.10).

Paraalémdaenergiaeólica terumcustoporkWmaiorqueaenergiasolar fotovoltaica,devidoà

menorqualidadedoventoemmeiourbano,torna-semenosfiávelemcomparaçãocomatecnologia

solar. Assim, procura-se explorar a área da cobertura disponível de forma amaximizar a energia

produzida, respeitando as limitações de espaço, de sombreamento e de orientação que possam

existir.

Por outro lado, procura-se instalar um conjunto de turbinas que complementem a energia

fotovoltaica,utilizandopelomenos2deformaaminimizaroimpactonaproduçãonocasodeuma

avaria.

Esta solução procura um equilíbrio entre a energia solar fotovoltaica e a eólica, minimizando o

impactodeumadasfontesdeenergianãoestardisponívelnumdeterminadomomento.Atravésdo

mix,épossível forneceratotalidadedaenergiaelétricaanualutilizando25módulosfotovoltaicos,

queapenasocupam22%daárea total da cobertura, e complementarmente2 turbinaseólicasde

3kW cada uma. Assim, a produção do conjunto de tecnologias produz 23 300 kWh, superior às

65

necessidadesde22800kWh,emqueaenergiafotovoltaicarepresenta55%dototalenquantoquea

energiaeólicaforneceosrestantes45%(Tabela5.10).

Tabela5.10–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólicaEnergiasolarfotovoltaica Energiaeólica

Área m2 50,0 Potência kW 3,0Utilizaçãocobertura % 22% Quantidade - 2,0

Potência kW 7,3 PotenciaTotal kW 6,0Produção kWh 12800,0 Produção kWh 10512,0

Produção/necessidades % 55% Produção/necessidades % 45%

Nocasodeexistirumrecursohídricopróximodazonadeestudo,podeserinteressanteinstalaruma

turbina,demodoagerarenergiaelétricaapartirdaenergiacinéticapresentenocaudal.Assumindo

um caudal de 60 litros por segundo e uma pequena altura de água de 1,5 metros, adequa-se a

instalaçãodeumaturbinade0,5kWparageraçãodeenergia.

Tabela5.11–Inputsparaocálculodapotênciademini-hídrica

P=ρxgxηxQxhDensidade Kg/m3 1000

Aceleraçãodagravidade m/s2 9,81Rendimento - 0,60

Caudal m3/s 0,06Altura m 1,5

Potência kW 0,5

Esta solução permite reduzir a área demódulos fotovoltaicos ou aumentar a produção anual, e,

simultaneamente, aumentar a independência energética da moradia. O maior inconveniente e

limitação desta tecnologia é a sua reduzida disponibilidade em zonas urbanas devido à

impermeabilização de solos e pavimentação de linhas de água, alterando os cursos de água

existentes.

É possível compreender os benefícios do aproveitamento da energia hídrica em zonas urbanas

analisando a Tabela 5.12. Salienta-se a redução da área de fotovoltaico de 50 m2 para 42 m2,

passandoaocuparapenas18%daáreadacoberturatotal,eoconsequenteaumentodaproporção

deenergiaproduzidaatravésdaenergiaeólica.O fatormais importanteéoaumentodesoluções

complementaresatravésdainstalaçãodeenergiahídrica.

66

Tabela5.12–Produçãodeenergiaelétricaapartirdefotovoltaico,eólicaehídrica Fotovoltaico Eólica Hídrica

PotênciaTotal kW 6,1 6,0 0,5Factordecarga % 20% 20% 40%

Produção kWh 10750,0 10500,0 1750,0Produção/necessidades % 47% 46% 7%

Aproduçãodepelomenos100%daenergianecessáriapermitealcançarozerodaenergia.Devido

ao desfasamento entre omomento de produção de energia e omomento de consumo, torna-se

crucialaligaçãoàrededeformaainjetaraenergiaproduzidaquandonãoéconsumidaeacompra

deenergiaquandonãohágeraçãolocal.Ainstalaçãodebateriasquepermitamarmazenarenergia

parautilizaçãoposteriorpoderáserumaopçãonofuturopróximo.

5.4. Casodeestudo–edifício

A abordagem efetuada para os edifícios é análoga aquela para as moradias, com o devido

ajustamentoàstipologias.Aprincipaldiferençaentreoedifícioeamoradiaéanívelderesultados,

ondeaáreadecobertura se reduzemrelaçãoàáreabrutadeconstrução,àmedidaqueexistem

mais pisos. Em consequência, a possibilidade de instalação de coletores solares e módulos

fotovoltaicoséreduzidacomparativamenteàmoradia.

5.4.1. Característicasedifício

Considera-se um edifício de 6 pisos em que 5 são residenciais e 1 comercial, composto por dois

fogosporpisoe3pessoasporfogo,somandoumtotalde30pessoasporedifício(Tabela5.13).

Tabela5.13-CaracterísticaseinputsparaumedifícionocasobaseEdifícios 1,0

Pisos/edifício - 6,0(5residenciais)Fogos/piso - 2,0

Pessoas/fogo - 3,0Nºpessoas pax 30,0

Considera-se que a área útil de cada piso é de 80% devido à existência de elevadores e escadas

(Tabela5.14).Acoberturaéplana,contudodevidoàsescadaeelevadoresnãopodeserutilizadana

totalidade(Figura5.4).

67

Tabela5.14–ÁreasdoedifícionocasobaseÁreacobertura m2 400,0Áreapiso m2 320,0ÁreaBrutaConstruçãoTotal m2 1920,0

Figura5.4–Plantaeperspetivadoedifícioequarteirão(Pinheiro,2010)

5.4.2. Necessidadesenergéticas

As necessidades energéticas de edifício aumentam substancialmente em comparação com uma

moradia, devido ao maior número de habitantes. A construção em altura permite uma maior

densidade populacional, levando a que as necessidades energéticas num edifício sejam

concentradas numa área menor, com menor espaço para instalação de tecnologias de energias

renováveis.ATabela5.15sintetizaasnecessidadesenergéticasanuaisparaoedifíciodocasobase.

Tabela5.15-CaracterísticasdoconsumoanualdeumedifícioparaocasobaseConsumoanualporpessoa kWh 5000,0

ComposiçãodoconsumoAQS % 24%

Elétrico % 76%Consumototal

AQS kWh 36000,0Elétrico kWh 114000,0

Total kWh 150000,0

5.4.3. Potencialderenováveis

OpotencialparainstalaçãodefontesrenováveisestálimitadoàenergiasolartérmicaparaAQSea

energia solar fotovoltaica e energia eólica para necessidades elétricas. A instalaçãode energia de

68

biomassaseriapossíveltendoemcontaaexistênciadeespaçoparainstalaçãodacaldeiranospisos

enterrados para estacionamento. A energia hídrica é uma fonte rara em zonas urbanas logo, a

possibilidade de incorporar esta fonte de energia é reduzida e depende do caudal e da altura de

águapossível,comosedemonstrouanteriormente.

Devidoàconstruçãoemaltura,aáreadecoberturaporhabitanteébastantereduzidanumedifício

comparativamenteaovalorqueseverificanumamoradia.Assim,opotencialdegeraçãodeenergia

apartirdeenergiafotovoltaicareduz-sedrasticamente.

Emconsequência,poderiaserinteressanteainstalaçãodeenergiasolarfotovoltaicanafachadado

edifício, embora esta solução possa ser inviável devido à existência de sombreamentos, pelo

impactevisualqueoriginaepelareduzidaáreaútilexistentenasfachadasdevidoaosvãos.

Normalmentenãoexisteespaçolivreparaturbinaseólicassemsernacoberturaenocasodeexistir

umaáreaverde,aqualidadedoventopoderánãoseradequadadevidoàexistênciadeedifíciosem

tornodessamesmaárea.

ATabela5.16avaliaaaplicabilidadedediferentestecnologiasrenováveisparadiferenteszonasdum

edifício,utilizandoumaescaladecoresparaavaliaraviabilidade.

Tabela5.16–CaracterísticasdoedifícioparadiferentesfontesdeenergiaFontedeEnergia Áreacobertura ÁreaFachadas Terrenolivre ÁreaInterior

EnergiaTérmica

SolarTérmico Sim Não Não Não

Biomassa Não Não Não Sim

EnergiaElétrica

Mini-eólica Sim Não Não Não

SolarFV Sim Sim Não Não

Mini-hídrica Não Não Sim Não

5.4.4. Conjuntodesoluções

Energiatérmica(AQS)

Ousodecoletoressolaresparaaquecimentodaságuassanitárias,ocupa11%daáreadacobertura

em comparação com os 4% damoradia. A utilização de 45m2 de coletores (23 coletores solares

térmicos),produz100%daenergianecessáriaparasatisfazerasnecessidadesdeAQS,emboraexista

oriscodenãoserpossívelforneceratotalidadedaenergiaemdiasdefracairradiaçãosolar(Tabela

5.17).

69

Tabela5.17–CálculodaáreadecoletoressolaresparaumedifícioDimensão m2 45,0

Utilizaçãocobertura % 11%Potência kW 20,55Produção kWh 36000,0

Produção/necessidades % 100%

A instalaçãodeumacaldeiradebiomassaemsubstituiçãodos coletores solares térmicospermite

fornecera totalidadedaenergianecessáriaparaAQSe,adicionalmente, libertaáreadecobertura

que pode ser utilizada para instalar módulos fotovoltaicos. Devido à necessidade de operação

semanal da caldeira de biomassa, existe um inconveniente considerável que reduz a atratividade

destasolução.

Energiaelétrica

Autilizaçãode50%dacoberturaparaproduçãodeenergiaelétricaapartirdemódulosfotovoltaicos

apenas produz 45% da energia necessária para satisfazer as necessidades energéticas do edifício

(Tabela 5.18), valores drasticamente mais baixos comparativamente à moradia, em que para a

mesma proporção de cobertura, era possível produzir mais de 100% da energia necessária para

satisfazerasnecessidades.

Tabela5.18–CálculodaáreademódulosfotovoltaicosDimensão m2 200

Utilizaçãocobertura % 50%Potência kW 29,2Produção kWh 51200,0

Produção/necessidades % 45%

Assim,quantomaioronúmerodepisos,maisimportantesetornaomixdemodoacomplementar

os módulos fotovoltaicos. Para ummix de energia solar fotovoltaica e energia eólica, é possível

produzir54%dasnecessidadesenergéticasobrigandoacomprarosrestantes46%àrede.Deforma

asuprimiratotalidadedasnecessidadesserianecessário12turbinasde3kWcadaumaouturbinas

demaiordimensão,sendoqualquerumadasopçõesinviáveis.Aprimeirapeloexcessodeturbinas

numadeterminadaárea,nãorespeitandooespaçamentoentreturbinaseasegundapeladimensão

daturbinaqueimpedeasuainstalaçãonumacobertura.

Enquantoqueospainéisfotovoltaicosapenastêmcomocontrapartidaàsuainstalaçãooseupeso,

cujas coberturas mais antigas poderão não suportar, as turbinas eólicas colocam problemas de

vibraçõeseaindaderuídoconsideráveis.

70

AsoluçãoconsideradanaTabela5.19permiteproduzirumapartedaenergiaconsumida,masnão

evita que se recorra à rede elétrica para suprimir a totalidade das necessidades energéticas. A

solução não permite atingir o quase zero da energia embora represente uma redução da

dependênciaemrelaçãoàrede(Figura5.5).

Tabela5.19–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólicaEnergiasolarfotovoltaica EnergiaeólicaDimensão m2 200,0 Potência kW 3,0

Utilizaçãocobertura % 50% Quantidade - 2,0Potência kW 29,2 PotenciaTotal kW 6,0Produção kWh 51200,0 Produção kWh 10512,0

Produção/necessidades % 45% Produção/necessidades % 9%

Figura5.5–Gráficodaproduçãoenecessidadesdeenergiaelétricanumedifício,commódulosfotovoltaicos

emini-eólica(unidadeskWh)

Existeapossibilidadedeimplementarfontesdeenergiarenováveisalternativastalcomoasolução

solar híbrida fotovoltaica/térmica que permite aumentar a eficiência dos painéis devido ao

aproveitamento do aumento de temperatura dos painéis para aquecimento de AQS. Assim, a

redução de rendimento do painel fotovoltaico é atenuada. Adicionalmente, este tipo de solução

agrega na mesma área o colector solar térmico e o módulo fotovoltaico, melhorando o

aproveitamentodaáreadacobertura.

61712,0

52288,0 114000,0

-

20000,0

40000,0

60000,0

80000,0

100000,0

120000,0

Produçãolocal RedeElétrica Necessidades

71

5.4.5. Análiseeconómica

Demodo a avaliar se a solução é viável do ponto de vista económico, analisam-se os principais

indicadoresderentabilidade,talcomoataxainternaderentabilidade(TIR),otempoderetornoao

investimento,ovaloratualizadolíquido(VAL)earelaçãobenefícioecusto(B/C).

OVALavaliaqualasomadetodasasreceitasecustos,atualizadosaumadeterminadataxa,desdeo

inicioatéaofinaldohorizontedeprojeto.

A taxa interna de rentabilidadedoprojeto determina a taxa que torna oVAL zero para umdado

horizontetemporal.

Aanáliseéefetuadaparaváriastaxasdeatualização,entre3%e10%,sendoestataxaumamedida

do risco inerente ao projeto, utilizada para atualizar receitas ou custos que apenas ocorrem no

futuro.

ArelaçãoentreataxadeatualizaçãoeaTIRpermitedeterminaraviabilidadedoprojeto:paraum

taxadeatualização/TIRRmenorque1,oprojetonãoéviávelpoisnãoofereceumretornosuperior

aorisco,enquantoqueparavaloresacimade1,oprojetotemumarentabilidadesuperioraorisco.

O valor do B/C permite conhecer se o projeto cria valor, para valores superiores a 1, ou se, pelo

contrário,destróivalor.

Paraocasobase,oinvestimentoinicialecustodemanutençãoanual,paraasdiferentestecnologias,

são apresentados na Tabela 5.20, derivados da pesquisa efetuada no capítulo 3. Os valores são

coerentescomaquelesoferecidosporfabricanteseinstaladores.

Tabela5.20-Investimentoecustosdeoperaçãoparadiferentesfontesdeenergia Investimento

(€/kW)

O&M

(€/kWh)

EnergiaTérmica

Solar 1200 12,0

Biomassa 1000 20,0

EnergiaElétrica

Mini-eólica 3300 66,0

Fotovoltaica 2100 21,0

Mini-hídrica 2500 50,0

72

Moradia

Considerandoocasobaseeadotandoomixapresentadona figura5.6,procede-seaocálculodos

indicadoresdeavaliaçãoeconómica,demodoaanalisaraviabilidadedeimplementarumconjunto

desoluçõesrenováveisparasuprimirasnecessidadesenergéticasdamoradia.

Nãoseconsideraainstalaçãodemini-hídricadevidoàsuararaocorrênciaemzonasurbanasepor

nãoexistiremestudosquecomprovemaadoçãodevaloresdereferencia.Assim,omixapresentado

limita-seaosolartérmico,solarfotovoltaicoeeólica.

Figura5.6–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumamoradia

A solução analisada permite fornecer a totalidade da energia anual necessária, sendo a energia

fotovoltaica a principal fonte de energia, naturalmente devido à grande ocupação de área da

cobertura, e tendo como segunda fonte principal as turbinas eólicas, em par demodo a garantir

segurança em caso de avaria. A energia solar térmica produz 100% da energia térmica para

aquecimentodeAQSenquantoqueaenergiaelétricaé fornecidaporenergia solar fotovoltaicae

energiaeólica(Figura5.7).

Figura5.7–ProporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadamoradiaemkWh

SolarTérmico Área=

10m24%cobertura5coletores

SolarFotovoltaico Área=

48m221%cobertura24módulos

Eólica 2turbinas

3kWpotênciacada

Fotovoltaico,12288,0,

54%

Eólica,10512,0,46%

73

Quando comprada à rede, a energia tem um determinado custo consoante a empresa e a tarifa

escolhida.Napresentedissertação,considera-sequeaenergiasolartérmicasubstituiogásnatural

como fonte de energia para aquecimento de AQS. O preço do gás natural assumido é de

0,0861€/kWh10,comIVAde23%incluído.Oprodutoentreodopreçodogásnaturaleaprodução

de energia térmica proveniente dos coletores solares, é o valor total poupado pela utilização de

energiasolartérmica.

Analogamente,opreçodaeletricidadeconsideradoéde€0,1634/kWh11,valoraoqualacresceIVA

de 23%, resultando assim num custo total de 20cent/kWh. O produto entre o do preço da

eletricidade e a produção de energia elétrica proveniente das fontes renováveis, é o valor total

poupado.

Oinvestimentototaléde42800€,comcustosdemanutençãoeoperaçãoanuaisde725€.Ocusto

energético anual total da moradia recorrendo à rede de energia convencional, é de

aproximadamente5200€enquantoqueasomadoinvestimentoanualedoscustosdeoperação,é

de2400€.Assim,apoupançaanual,sematualizaçãodosvalores,éde2800€.

Assumindo um horizonte temporal de 25 anos, calculam-se os índices e valores de avaliação

económicarelevantes(Tabela5.21).

Tabela5.21–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasenumamoradia

taxaatualização VAL Períodoretorno(anos) TIR IRR/ta B/C

3% 36856,77€ 10

10%

3,41 1,826% 16302,98€ 14 1,71 1,348% 7287,59€ 17 1,28 1,1210% 678,26€ 24 1,02 0,95

A taxa internade rentabilidadedesteprojetoéde10%, contudo, este valor carecede significado

quandoanalisandodeformaisolada.

A escolha da taxa de atualização a utilizar depende a perceção de risco do investidor e da

comparação deste tipo de projeto com outros existentes. Para taxas baixas o projeto é bastante

interessantecomumperíododeretornoinferioraos14anos.

10http://www.galpenergia.com/PT/ProdutosServicos/GasNatural/Mercado-Regulado/Tarifario/Paginas/Tarifario.aspx. Consultadonodia12/03/201611http://www.edpsu.pt/pt/particulares/tarifasehorarios/BTN/Pages/TarifasBTNate20.7kVA.aspx.Consultadonodia12/03/2016

74

Paraumataxadeatualizaçãode8%,oprojetotemumIRR/tade1,28eumB/Cde1,12, logocria

valoreteminteresseparaoinvestidoremboraoperíododeretornode17anossejarelativamente

elevado.OVALédeaproximadamente7300€aofimdos25anosdevidadoprojeto.

Paraumataxadeatualizaçãode10%,oprojetoéviávelcomumperíododeretornoaoinvestimento

de24anoseIRR/tadeapenasde1,02.TendoemconsideraçãoarelaçãoB/Cinferiora1,0conclui-

sequeoprojetodestróivalorparaestataxadeatualizaçãomesmoqueoVALsejapositivoem680€

aofimdos25anosdevidaconsiderados.

Edifício

Os desafios referentes às diferentes fontes de energia foram discutidos anteriormente, sendo

definidoummixqueconsideraenergiasolartérmica,energiasolarfotovoltaicaeenergiaeólica.

Considera-se a instalação de 23 coletores solares térmicos, 50 módulos fotovoltaicos e ainda 2

turbinasde3kWcada(Figura5.8).

Figura5.8–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumedifício

O mix considerado não permite fornecer a totalidade da energia necessária do edifício, sendo

necessáriorecorreràredeelétricaparasuprimir46%dasnecessidadesenergéticas(Figura5.9).

Figura5.9–ProporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadeumedifícioemkWh

SolarTérmico Área=

46m211%cobertura23coletores

SolarFotovoltaico Área=

200m250%cobertura50coletores

Eólica 2turbinas

3kWpotênciacada

Fotovoltaico,51200,0,45%

Eólica,10512,0,

9%

Redeelétrica,52288,0,46%

75

Grandeparadacoberturaestácobertacomcoletoressolaresecommódulos fotovoltaicos,sendo

necessário avaliar a resistência da cobertura para o incremento de peso. Adicionalmente é

necessárioavaliaramelhorformade instalaçãodasturbinaseólicas,emespeciala ligaçãoentrea

baseeacobertura.

Assumindo que os problemas de viabilidade física são ultrapassados, procede-se à análise

económicadomixdesoluçõesconsideradoparaumedifíciode5pisos.

O investimento total é de aproximadamente 118 065 €, com custos de manutenção e operação

anuais de 1 477€. Este investimento permite poupar anualmente 15 500€, reduzindo a fatura

energéticaanualpara10500€.

Assumindo um horizonte temporal de 25 anos, calculam-se os índices e valores de avaliação

económicaquesãoapresentadosnaTabela5.22.

Tabela5.22–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasedeumedifício

taxaatualização VAL Períodoretorno(anos) TIR IRR/ta B/C

3% 131644€ 8

12%

4,08 2,076% 66784€ 11 2,04 1,528% 38241€ 13 1,53 1,2710% 17247€ 16 1,22 1,08

Paraumataxadeatualizaçãode10%,oprojetoéviável,apresentandoumperíododeretornode16

anos e um VAL de 17 247€ ao fim dos 25 anos de horizonte de projeto. O IRR/ta é de 1,22 e o

projetocriavalorcomumB/Cde1,08.

É importante salientar, a rentabilidade para uma taxa de atualização de 8%, emque o tempode

retornoéde13anoseoprojetocriavalor,comB/Cde1,27eIRR/tade1,53.

76

6. Discussãoderesultados

6.1. Aabordagemefetuada

A abordagem efetuada que sistematiza a evolução e importância de considerar a viabilidade das

renováveisbemcomoomodeloutilizadoparadeterminaçãodomix,temcomoobjetivooestudode

soluçõesquepermitamaumamoradiaouedifício, ter independênciaenergéticaparaoperar sem

recorrer à rede elétrica convencional. Esta abordagem tem como objetivo, impedir a compra de

energiaelétricaàrede,cujopreçoésignificativamentesuperioraocustomédiodasrenováveis.

Assim, começa-se por implementar coletores solares demodo a satisfazerem as necessidades de

energiatérmica,exclusivamenteparaaquecimentodeáguassanitárias(AQS).Estaabordagemtem

como fundamento a obrigação legal de utilização deste tipo de solução em construções novas,

explicadopelaelevadamaturidadeeeficiênciadesta fontedeenergia,aqueacresceovalormais

reduzidodecustoportermias(kWh)produzido.

Deseguida,tendodimensionadooscoletoressolaresdemodoaforneceremporsisótodaaenergia

necessária para AQS, procede-se ao cálculo da área de módulos fotovoltaicos necessária para

fornecerenergiaelétrica.Tendoemcontaaeficiênciadestatecnologiaserianecessárioáreasmais

elevadas para satisfazer todas as necessidades energéticas, sendo necessário recorrer a outras

tecnologias,reiterandoaimportânciadeexistirummix.

A definição de áreas de ocupação da coberturamáximas, tem como objetivo definir um limite a

partir do qual é fisicamente inviável aumentar a área de módulos fotovoltaicos, seja devido a

necessidades de espaço de tubagens dos coletores e módulos ou por existirem outras

infraestruturas importantes nas coberturas. Define-se como área máxima 50 a 60% da área da

cobertura.

Aincorporaçãodeturbinaseólicas,temcomoprincipalfunçãoaumentararesiliênciadosistemade

produção,permitindocomplementardiferentesfontesdeenergiacomhorasdeproduçãodistintas.

Não se considera como limitante o espaço ocupado pela tecnologia eólica, sendo feita a

simplificaçãodequea turbinapodesercolocada,naáreanãoocupadadacobertura,emespecial

emcasosdeexistiremcoberturascomorientaçãoNorte.

Podesernecessárioaconstruçãodeumaestruturaadicionalparaviabilizarainstalaçãodasturbinas

eólicas,contudoessadecomposiçãomaisdetalhadanãoéefetuada.

77

A incorporação de uma solução hídrica poderá ser interessante em zonas do país com maiores

recursos hídricos, em especial em zonas de serras. Em zonas urbanas, porém, é difícil a sua

instalaçãoenãoexistemuita informação sobreo tema, sendo interessante, no futuro, explorar a

energiapresentenosistemadeabastecimentodeáguadeformaacontrolarapressãodosistema.

Omodeloeconómicoutilizaummixdeterminadoanteriormenteàanálise,erecorreaomodelodos

fluxos de caixa atualizados. Considera o capexe oopexmédio determinado no capítulo 3, sendo

possívelalterarestes inputspara incorporarvaloresde fornecedoreseempresasde instalação.As

receitas do modelo são o valor da energia poupado por não recorrer à rede energética, sendo

possívelconsideraravendadoexcessodeenergiaproduzida.

O modelo permite avaliar a poupança consequente da instalação de energias renováveis. O VAL

corresponde ao valor poupado em comparação com compra à rede ao fim do tempo de vida

considerado.

A dissertação apresenta resultados para uma moradia e para um edifício, sendo possível obter

resultadosparaconjuntosdemoradiasouedifíciosassimcomoparabairrosecidades.Revelandoa

necessidades de quando se passa da moradia para o edifico de considerar áreas e zonas mais

alargadasparaassegurarasnecessidadesenergéticas.

A escolha entremaximizar o retorno económico ou garantir segurança energética é fundamental

paraarentabilidadedoprojeto.Porumlado,atravésdaotimizaçãodaáreadesolarfotovoltaico,é

possívelproduzirumaquantidadedeenergiapróximadasnecessidadesenergéticas,correndoassim

oriscodeterquerecorreràredeelétricaparafornecimentodeenergiaemdeterminadosperíodos.

Por outro lado, a segurança energética implica a utilização de áreas de coletores superiores,

aumentando os custos do projeto e obrigando a vender o excesso de energia para evitar perdas

económicas.

Asegundaopção,de instalarumaáreadecoletoressuperioraquelanecessária,éumaopçãoque

dependedapossibilidadedevenderenergiaàredeemperíodosdeexcessodeproduçãodeformaa

compensarmomentosdeproduçãoinsuficienteemquesecompraenergiaàrede.

Emcasodeproduçãodeenergiaemexcesso,omodeloéconservadorenãoconsideraavendade

energia à rede. Contudo, como o modelo utiliza consumos anuais não analisa a variação de

produçãoaolongododianemtememcontaoperfildeconsumodiário,assume-sequeaenergia

produzidapodeservendidaàredeemperíodosdeexcessodeproduçãoequeaquantidadevendida

podesercompradaàredeemperíodosdedéficedeprodução.

78

6.2. Limitaçõesdomodelo

Limitaçõestécnicas

Aabordagemefetuadanãoanalisadetalhadamenteolocaldeestudologonãoseconsideraoperfil

de sombreamentos da cobertura, nem a qualidade do vento in loco nem sequer a medição de

caudal.Estaabordagemdeve-seaoselevadoscustosinerentesaosestudosnecessáriosparavalores

maisconcretoseàimpossibilidadedeobter,notempodefinidoparaconclusãodatese,valorescom

representaçãotemporalsuficiente.

De modo a obter valores mais consistentes, é importante conhecer a proporção da cobertura

orientadaasulerestantesdireções,deformaacalculararealeficiênciadoscoletores.Aexistência

de obstruções, que podem causar sombreamentos, também reduz a produção de energia, sendo

fundamentalumaanáliseprecisaparacadacobertura.

Assim, os valores obtidos são gerais e de referencia, obtidos na análise bibliográfica efetuada em

capítulos anteriores. Assim, mais que dimensionar detalhadamente uma tecnologia, procura-se

conhecer as possibilidades de implementação de soluções energéticas renováveis, podendo para

casosmaisespecíficosaprofundarparaobtervaloresmaisrefinados.

Limitaçõeseconómicas

Omodeloeconómiconãoconsideraainflaçãologo,opreçodaeletricidademantém-seconstanteao

longodosanos.Outrasimplificaçãofoiassumiravendadeenergiaelétricaaopreçodecompra,não

considerandoaexistênciadetarifasparaproduçãoemregimeespecial,umasimplificaçãodo lado

conservativo.Estesenárioseráeventualmenteconfirmadonofuturo,quandoasfontesdeenergia

renovávelnãonecessitaremdesubsidiaçãoouaindaemtemposdedificuldadeseconómicasemque

osgovernosdeixamcairmedidasdeapoioàsrenováveis.

Omodeloconsideraumtempodevidaútil totalde25anos, sendoqueasvárias tecnologias têm

tempos de vida diferentes. Este período de vida poderá ter limitações consideráveis, sendo

necessárioclarificarquaisoscustosnecessáriosparaquesejapossívelatingirestetempodevida.

Assim, destaca-se outra limitação do modelo relacionada com a não consideração de custos de

reposiçãodemateriais, quandoépossível queesses custos se venhamamaterializarnodecorrer

destetipodeprojetos.

O modelo apenas considera OPEX anual, assumindo este custo como suficiente para garantir o

adequado funcionamento das tecnologias ao longo dos 25 anos. Numa análise mais refinada e

avançada, é importante incorporar os custos de reposição de materiais, podendo considerar um

modelobaseadoemTOTEX(totalexpenditure)emsubstituiçãodoCAPEXeOPEX.

79

6.3. Análisesensibilidades

Demodoacompreenderarelaçãoentreasdiferentesvariáveisecomosealteraarentabilidadedo

projeto consoante os diferentes inputs, realiza-se uma análise de sensibilidades. A análise de

sensibilidade é feita considerando uma taxa de atualização base de 8%. Definem-se as seguintes

sensibilidades:

• Reduçãodaproduçãoanualdeenergia solar fotovoltaica2%e5% -umproblemacomum

nos módulos solares FV é a redução da produção de energia devido à acumulação de

sujidadeedeterioraçãodosmateriais;

• Avariadeumaturbinadurante1anonoano5–Umdosproblemasprincipaisdasturbinas

eólicaséanecessidadedeparagensparamanutençãoouemcasodeavaria,levandoaque

existaumimpactosignificativonaproduçãoenergética;

• Investimento±10%-Oinvestimentoinicialéumdosprincipaisfatoresnatomadadedecisão

deinstalaçãodefontesrenováveis,contudooseuvalorvariaconsoanteolocaldeaplicação,

a tecnologia escolhida e o fabricante. Semque se realizar umestudo pormenorizado que

permita obter um orçamento pormenorizado, é necessário avaliar a sensibilidade a

diferentesníveisdeinvestimento;

• O&M±20%-Ocustodeoperaçãoemanutençãodastecnologiasrenováveisvariaconsoante

o fabricanteeascondiçõesno localde instalação.Logo,considera-seumaoscilaçãodeste

custosuperioràdoinvestimentoinicial;

• Preçodogásnaturaledaeletricidade±10%-Opreçodaeletricidadeegásnaturaldefine

qualapoupançanafaturaenergéticadevidoàinstalaçãodefontesrenováveis.Éimperativo

avaliaroimpactodealteraçõesnopreçodaenergianoprojeto.

80

Osresultadosdaanálisedesensibilidadessãoapresentadosnafigura6.1.

Moradia

ta=8%

TIR=10,24%(VAL=€7287,59)

TIR=1,28ta AvariaTurbina

10,08%(6753,65)

1,26ta

AvariaFV2%

10,01%(6570,29)

1,25ta

AvariaFV5%

9,84%(5952,74)

1,25ta

Investimento

8,9%(3176,54) 11,87%(11398,64)

1,11ta 1,48ta

O&M

9,77%(5719,85) 10,72%(8855,33)

1,22ta 1,34ta

Preçoeletricidade

8,52%(1663,9) 11,94%(12911,28)

1,06ta 1,25ta

Figura6.1–Resultadosdaanálisedesensibilidadeparaamoradia

Analisandoafigura5.8verifica-sequeasturbinaseólicasconstituemumriscoelevadoparaestetipo

de projeto devido à possibilidade de redução de produção elevada aquando de uma avaria. O

impactodeumaturbinaeólicanãooperardurante1anonoano5doprojeto,levaaumaredução

derentabilidadedoprojetoconsiderável.Estareduçãoémaiorqueaverificadanocasodaprodução

anualdeenergiasolarfotovoltaicaser2%menorqueaesperada.

Observa-se que o projeto se mantém rentável para uma produção anual de energia solar

fotovoltaica5%inferioràesperada.

Valores de investimento 10% inferiores ou superiores têm impacto muito significativo na

rentabilidade do projeto enfatizando a importância de analisar minuciosamente o custo de

instalaçãoparaumdeterminadolocalconsultandofabricantesecomerciais.Diferençasdecustode

manutençãoeoperaçãotêmumimpactolimitadoparavaloresdeO&Mbaixos.Grandesflutuações

deO&M,superioresa50%,têmimpactosignificativo,sendoigualmenteimportanteconhecerestes

valoresquevariamconsoanteaempresa.

81

Finalmenteobserva-sequeopreçodaeletricidade temumpapelpreponderantena rentabilidade

doprojeto,podendoalterarmuitosignificativamenteosresultados.

6.4. Implicaçõesdosresultados

Mix

Umresultadointeressanteetransversalaqualquercaso,éoda importânciadeexistirummixde

soluções que permita, por um lado, reduzir a dependência energética da rede energética, e por

outro lado,oferecer flexibilidadee redundância ao sistema.Aanáliseefetuadapermite analisar e

salientar algumas das vantagens e desvantagens de uma solução commix, apresentando-se os

comentários mais relevantes na Tabela 6.1 Sob a forma de uma análise SWOT (Strenghts,

Weaknesses,OpportunitiesandThreats).

Tabela6.1–AnáliseSWOTparaumasoluçãocommix

Forças

• Complementaridade entre opções (ex:solareeólica);

• Possibilidade de produção de energiadurante períodos de avaria ou baixaproduçãodeumatecnologia;

• Maiorcapacidadederesponderapicosdeprocura.

Fraquezas

• Tecnologias dependentes de condiçõesatmosféricas;

• Utilização de fontes de energia poucoeficientesempequenaescala(mini-eólica);

• Investimentoinicialelevado;• Manutenção elevada para algumas fontes

(ex:mini-eólica);• Necessidade de operar tecnologia (ex.

Biomassa).

Oportunidades

• Possibilidade de vender excesso deproduçãoàrede;

• Possibilidadede independênciaenergéticatotal;

• Possibilidade de retorno ao investimentointeressante.

Ameaças

• Dificuldadedeimplementaçãoemedifíciosantigosdevidoaopeso(ex:solar)edevidoàsvibrações(ex:eólica);

• Necessidadederecorreràredeelétricaemsituaçõesdebaixaprodução;

• Redução drástica de produção duranteavarias(ex:Eólica).

Zerodaenergia

Osresultadosdomodeloparaocasodeumamoradiaevidenciamumaoportunidadeinteressante,

ondeépossível chegarpróximodoquase zerodaenergia. É fundamental existir uma reduçãode

consumosemaioreficiênciaenergéticadeformaagarantirozerodaenergia,emborahajapotencial

paraatingiresseobjetivonascircunstânciasatuais.

82

Nocasodosedifícios,nãoépossívelatingiroquasezerodaenergianascondiçõesatuais,contudo,

asfontesrenováveiscontribuemparareduziraenergiaemquase50%.Deformaaatingiroquase

zero da energia nos edifícios, é necessário que a tecnologia e sistemas caminhe para umamaior

eficiência no consumo de energia, seja através da utilização de equipamentosmais eficientes ou

atravésdealteraçõescomportamentaisouaindaatravésdepraticasconstrutivasmaiseficientes,no

casodeedifíciosnovos.

Viabilidadeeconómica

Omodeloavalia seovalordaenergiapoupadapela instalaçãodas fontes renováveis compensaa

somadocapex eopex.Os resultadosdemonstramqueexisteumpotencialdepoupançaelevado,

evidentepelaexistênciadeVALpositivosparataxasdeatualizaçãopróximasdos10%.

Osresultadosdaanáliseeconómicaparaoedifíciosãosuperioresaosverificadosparaumamoradia,

em que o edifício tem uma TIR de 12% em comparação com os 10% damoradia. Este resultado

deve-seàmaiorproporçãodeenergiafotovoltaicanosedifícioseporestaserumafontedeenergia

maiseficienteebarataqueamini-eólica.

6.5. Aplicabilidade

Aplicabilidadeoutrasmoradias

Omodelopodeserutilizadoparaqualquermoradiacomdimensõesvariáveis,sendopossívelalterar

omixdeformaaaproveitarrecursosnaturaisdistintos,existentesnazonaemanálise.Dependendo

doobjetivo,pode-seavaliarprojetosqueprocuremozerodaenergiaousimplesmenteprojetosque

procuramincorporarfontesrenováveisdeformarentávelmantendoaligaçãoàrede.

Amaiordificuldadedeaplicabilidadeadiferenteszonas,deve-seàdificuldadedeobtençãodeinputs

adequadosemtermosdequalidadedosrecursosnaturais.Éfundamentalumestudominuciosodas

condiçõesnolocaldeaplicaçãoquepermitaobtervaloresprecisos.

Aplicabilidadeoutrosedifícios

Paraalargaraanáliseaoutrosedifícios,énecessárioteremcontaasdificuldadesinerentesacada

caso. Por um lado, é necessário avaliar a viabilidade física analisando a qualidade dos recursos

naturais e tendo em conta que muitos edifícios existentes não têm condições para instalar

tecnologiasrenováveis,eporoutro ladoéfundamentalavaliaraviabilidadesocial.Apossibilidade

deimplementarfontesrenováveisnumedifícioobrigaaqueexistaumaaceitaçãogeraldetodosos

inquilinos. Torna-seassim fundamental chegar a consensos,muitas vezes complexosedemorado.

83

Podem tambémexistir problemasde viabilidade legal e ambiental devido ao impactode algumas

tecnologiasnolocaldeinstalação.

Dopontodevistaeconómicoaaplicabilidadeaoutrosedifíciosfazsentidonamedidaemqueexiste

potencial para haver retorno ao investimento. É necessário definir como se investe e como se

repartemosbenefícioseconómicos.

Aplicabilidadeàcidade

No caso de implementação da solução a uma escala maior, afloram diversos problemas de

viabilidadeconstrutivaesocial.Torna-senecessárioavaliarosedifíciosalvodeintervenção,demodo

a compreender se existem condições para instalação das diversas tecnologias e avaliar se a

populaçãoeautoridadescompetentesconcordamcomainstalação.Éportantocomplexoepoderá

dependerdaobtençãode licençasemmuitas zonasdacidade,ondealgumas tecnologiasnão são

bemaceitespelasentidades locais.Àescaladacidadeodéficedeproduçãodeenergiaverificado

paraoedifícioseráampliado,tornandoaredeenergéticafundamentalparaobomfuncionamento

do sistema. O zero de energia é quanto mais difícil de atingir quanto maior for a escala sendo

fundamentalreduzirosconsumos.

Embora a solução natural para o défice de energia produzida localmente seja a de compra de

energiaàrede,existeapossibilidadedeaproveitaralgumaszonasdacidade,atravésdainstalação

defontesdeenergiarenováveldemaiordimensão,talcomoaenergiaeólicaonshoreeoffshore,a

energiamarítimaeaindaaenergiadebiomassa.

6.6. Recomendações

Noquedizrespeitoadesenvolvimentosfuturosédereferirqueexistepotencialdepoupança,tanto

paramoradias comopara edifícios, atravésda instalaçãode fontesdeenergia renovável. Embora

seja interessantea instalaçãodeummix, de formaaproduzirenergiaemcondiçõesatmosféricas

distintas, é necessário avaliar a qualidade dos recursos existentes de forma a garantir o

funcionamentoeficientedasfontesrenováveis.

A implementação duma solução que permita a produção da totalidade da energia consumida,

através de tecnologias renováveis, é interessante pela possibilidade de independência energética,

pelopotencialderetornoeconómicoatravésdapoupançaeporreduzirasemissõesdeCO2eoutros

gasesdeefeitodeestufa.Contudo,devidoà intermitênciadas fontesdeenergia renovávelepela

sua difícil implementação em zonas urbanas já desenvolvidas, pode ser difícil atingir o zero da

energia.Emconsequência,torna-sefundamentalexistirumequilíbrio,utilizandoaredecomofonte

84

alternativaedeve-seprocurarreduzirosconsumosdeformaatornarozerodaenergiamaisfácilde

atingir.

A instalaçãodefontesdeenergiarenováveldeveserfeitadepreferênciaemlocaiscomqualidade

derecursoselevada,apósaexecuçãodemediçõesinloco.Abuscaporumsistemaenergéticomais

eficiente não se cinge apenas ao consumo de energia, devendo considerar a produção. Deve-se

investiremprojetosquecriemvalorequesejamtãorentáveismesmoquesejamasalternativasde

maiorescala.Ditoisto,destaca-seaimportânciadaanálisedeprojetosemzonasnãourbanasonde

aqualidadede recursospodesermaiselevada,procurando-se reduzirasperdasde transportede

energiaatravésdeI&D.

A instalação de tecnologias renováveis emmeio urbano não faz sentido semque exista ligação à

rede.Porumlado,permitecomprarenergiaemperíodosdefracageraçãoeporoutroladopermite

vender energia à rede durante períodos de excesso de produção. Sem ligação à rede, seria

necessário um mix que garantisse a geração de energia sob condições atmosféricas distintas,

oferecendoresiliênciaaosistemae,adicionalmente,serianecessárioa instalaçãodebateriaspara

armazenamentodeenergiaparaconsumirposteriormente.

Aenergiaemzonaurbanacolocadesafiosconsideráveisemespecialdenegociaçãoeentendimento

entreasdiferentesentidadesenvolvidas.Adificuldadedeentendimentoentre inquilinosdepende

daclarezadosbenefíciosenvolvidossendoimportanteexistircertificaçãoqueretiredúvidasquanto

àqualidadedastecnologias.

EmpaísescomoPortugal,ondeas fontesrenováveistêmumpesoconsiderávelnomixdeenergia

elétrica,éfundamentalexistircentralizaçãodaproduçãodeenergia,deformaagarantirumagestão

mais eficaz e eficiente da energia produzida eg: instalações hídricas com bombeamento que

aproveitam o excesso de energia eólica para armazenar água. Nestas situações a instalação de

fontesrenováveisemmeiourbanoterámenorimpactonomixtotal,podendoaumentaraprodução

deenergiasolarfotovoltaica.

A produção distribuída tem interesse para a população em geral, tanto pela sua viabilidade em

moradiasunifamiliares,comoemedifícioscomdiversasfamílias.Existeumaexternalidadepositiva

quecontribuiuparaobem-estardasociedadeemgeral,cujoimpactedeveservalorizado,aindaque

oimpactevisualnegativosejamaisevidente.

A formaçãodeumaentidadesupervisoraé fundamentaldeformaagarantirocontroloadequado

das tecnologiascomercializadas,atravésdacertificaçãodosmateriais, fabricanteseempresasque

comercializamastecnologias.

85

Do ponto de vista das garantias das diferentes tecnologias, é necessário esclarecer quem é

responsável pelamanutenção das diferentes fontes de energia e durante quanto tempo. Apenas

com garantias claras por parte dos fabricantes é possível reduzir o risco de forma a tornar estes

projetosviáveis.

Existemargemparaaformaçãodeempresasquefaçamagestãodosistema,atravésdainstalação,

operação e manutenção das tecnologias instaladas, desenvolvendo um modelo de negocio que

permita tornar a exploração destas tecnologias em meio urbano rentáveis, ultrapassando as

dificuldades existentes. As empresas gestoras seriam responsáveis pela correta avaliação do

potencial energético da moradia ou edifício, ficando encarregues de gerir as relações entre os

habitanteseasentidadeslocaisassimcomoarelaçãoentrediferentesinquilinosnumedifício.

Ointuitodestasempresasseriadeobteromaiorretornoeconómicopossível,aproveitandoagestão

de um conjunto de moradias ou edifícios para obter economias de escala e assim, melhorar a

rentabilidadedestesprojetosparaalémdos10%deTIR.

Do ponto de vista tecnológico e físico não existem limitações à possibilidade de injetar energia

produzidaemexcessona rede, contudoomodelo consideraqueestaenergiaé remuneradapelo

mesmovalordecompradeenergiaàrede.Éfundamentalqueaenergiaproduzidaemexcessoseja

injetada na rede e remunerada por um valor igual ao do preço de compra de energia, sendo

necessárioqueexistalegislaçãoclaraemrelaçãoaestetópico.

86

87

7. Conclusões

Aimplementaçãodefontesdeenergiarenovávelemmeiourbanoéumtemadegrandeinteresse

nocontextoenergéticoatual,devidoànecessidadedereduçãodeemissõesdeGEEepeladefinição

deobjetivosqueprocuramreduzirapreponderânciadoscombustíveisfósseisnasociedade.

Osectorenergéticoédominadoporfontesdeenergiapoluentesefinitas,sendoque80%daenergia

primáriamundialénãorenovável.Odesafiopassaporaumentaraproporçãodeenergiaproduzida

através de fontes renováveis, nomeadamente a energia hídrica, a eólica e a solar, sem que isso

tenha impactes negativos no crescimento económico dos países, em especial dos países em

desenvolvimento.

A energia renovável é vista como uma forma de reduzir a pobreza energética de muitos países,

contribuindoparamelhoraraqualidadedevidadepopulaçõesondeaeletricidadee climatização

são inacessíveis.Contudo,dopontodevista industrialepara zonasurbanasdegrandedimensão,

existe ainda uma forte tendência de investimento em fontes de energias fóssil devido à sua

estabilidadenaproduçãodeenergiaeindependênciadecondiçõesatmosféricas.

As zonas urbanas são núcleos de elevado consumo de energia devido à sua elevada densidade

populacional e intensa atividade económica. Os edifícios são responsáveis por uma proporção

significativa deste consumo e ocupam uma grande área nas zonas urbanas, logo apresentam-se

comopossíveislocaisdeproduçãodeenergia,evitandoasperdasocorridasnatransmissão.

Tendoemconsideraçãoascondicionantesexistentes,as fontesdeenergiarenovávelconsideradas

napresentedissertação foramaenergia solar térmica, solar fotovoltaicaeeólica, comvistaà sua

instalaçãoemcoberturas,fachadaouzonasverdes.

Ascoberturasefachadasdosedifíciosapresentam-secomoos locaisdeproduçãodeenergiamais

viáveis sendo estas as áreas com menor utilização no dia-a-dia. Não obstante, existem desafios

consideráveisnainstalaçãodetecnologiasnesteslocais,talcomoaexistênciadesombreamentose

obstruções, outros equipamentos e ainda constrangimentos legais e sociais que dificultam a sua

utilização.

A energia hídrica foi desconsiderada na análise final pela baixa frequência de recursos hídricos

consideráveisemzonasurbanas(excluindodestaanáliseriosdemaiordimensãoondeseriapossível

implementarmini-hídrica). A energia de biomassa é uma fonte interessante devido ao seu preço

reduzidoeelevadorendimento,contudoexigeoperaçãoemanutenção,algodifícildeimplementar

emedifíciosmultifamiliaresporquestõesculturaisedelogística.

88

Umresultadofundamentalaqualquercaso(quernamoradia,quernoedifício),éodaimportância

deexistirummixdesoluçõesdeenergiasrenováveisequeasuaevoluçãoascolocacadavezmais

comoessenciais.

Aanálisedeviabilidadeabrangediversosprismascujaanálisepermite retirar ilações importantes.

Por um lado, a viabilidade física surge como uma dificuldade para a implementação de energias

renováveis emedifíciosexistentes, poispoderãonão ter as condiçõesestruturaisparaaguentar a

instalaçãodastecnologiasporexemplo:pesocoletoresemódulosevibraçõesdaturbinaeólica.

Por outro lado, nas novas construções, será possível o dimensionamento dos edifícios para

permitirainstalaçãonomomentoouposteriormente.Assim,torna-seimportantecriarlegislação

quecrieasbasesparaumfuturomaistransparenteeclaroparaastecnologiasrenováveis.Outro

fator importanteparaavaliaraviabilidade físicadas fontes renováveiséaqualidadedos recursos

naszonasemanálise,sendonecessárioefetuarumaanálisepormenorizadaparacadacaso.

Do ponto de vista da viabilidade económica é possível identificar um potencial de poupança

elevado devido à maturidade das fontes de energia consideradas. Os inputs considerados são

valores de referencia, contudo permitem verificar que existem condições para recuperar o

investimentonumperíodorelativamentebaixo.Aanálisedesensibilidadestornaevidenteosriscos

da energia mini-eólica devido à sua baixa redundância ie: existe risco de grandes quebras de

produçãoemcasodeavaria.

Aviabilidadesocialelegaldeveserestudadaparacadasituaçãopoisdependedoscomportamentos

culturais,dalegislaçãoemvigoredaformacomosepretendeimplementarasfontesrenováveisie:

seéporimposiçãolegalouporiniciativaprivada.Aviabilidadeambientalénormalmenteverificada

emzonasurbanaspoisosriscosambientaissãonormalmentereduzidos.

Oquase zerodaenergiapodeseralcançadoemmoradiasunifamiliaresatravésdaproduçãode

energia localmente, contudo é nos edifícios que se edificam os maiores obstáculos devido ao

menor potencial de geração de energia per capita. Em ambos os casos a redução de consumos

constitui um fator para possibilitar o quase zero da energia, seja através de maior eficiência

energéticadoedifícioounoconsumo.Alteraçõescomportamentais sãoumassuntoquedevia ter

maioratençãosocial,sendoimportantesensibilizaraspessoasparaosimpactesqueamudançade

hábitosconstitui.

As energias renováveis são viáveis em zonas urbanas desde que existam recursos naturais de

qualidadeedesdequeosedifíciostenhamcondiçõesparaseincorporaressastecnologias.Aanálise

dasuaviabilidadenoscasosdeestudodamoradiaeedifícioevidenciam:

89

• parao casodeumamoradia evidenciamumaoportunidade interessante, onde é possível

chegarpróximodoquasezerodaenergiasendodifícilnosedifíciossenãoseabordarauma

escaladobairrooudazonaurbana;

• A viabilidade começa a posicionar-se como interessante. Os resultados demonstram que

existe um potencial de poupança elevado, evidente pela existência de VAL positivos para

taxasdeatualizaçãopróximasdos10%.

• Osresultadosdaanáliseeconómicaparaoedifíciosãosuperioresaosverificadosparauma

moradia,emqueoedifíciotemumaTIRde12%emcomparaçãocomos10%damoradia.

Esteresultadodeve-seàmaiorproporçãodeenergiafotovoltaicanosedifícioseporestaser

umafontedeenergiamaiseficienteebarataqueamini-eólica,evidenciandoaimportância

deescolheromixadequado.

Aescolhadestetipodesoluçãopodetrazerbenefícioseconómicosparaqueminstalaatecnologiae

oseuimpactepositiveestende-seàsociedadeemgeralpelareduçãodeemissõesdeGEE.Nocaso

de não existirem recursos naturais de qualidade, não se deve promover a implementação de

soluçõesrenováveiscujorendimentoserábaixoepenalizadorparaaeficiênciaenergética.

Aescalaéumfatorpara importante,contudoéprecisamentenaszonasurbanasondeoespaçoé

mais escasso e onde existe maior dificuldade de instalação de soluções de maior dimensão,

usualmentemaiseficientes.Poroutrolado,instalaçõesdegrandedimensãoimplicaminvestimentos

elevadoseasuagestãoéusualmentefeitaporempresascomexperienciaeestruturaselevadasde

formaamelhoraraeficiênciaereduzircustos.

No futuro, reduções de preços, novosmateriais e tecnologiasmais eficientes poderão permitir a

instalaçãoemmaiornúmerodeedifícios.Atualmente,deve-seavaliaropotencialdecadamoradia

ou edifício, implementando as soluções renováveis nos casos em que a rentabilidade está

asseguradapelaqualidadedosrecursoslocais.

Desenvolvimentosfuturos

Éfundamentalodesenvolvimentodenovastecnologiasparamotivarumaimplementaçãodefontes

renováveismais extensa em zonasurbanas.O aumentodos rendimentosdas tecnologias permite

reduzir áreasde coletores solares térmicosedemódulos fotovoltaicos, reduzindoopeso sobrea

estrutura de edifícios ou aumentando a produção de energia nas coberturas. A tecnologia

fotovoltaicade terceira geração, quepermiteproduzir energia atravésdepelículas transparentes,

pode ser fundamental para ultrapassar problemas de área de cobertura insuficiente em edifícios.

90

Este tipo de tecnologia pode ser instalado em fachadas envidraçadas, nas telhas ou noutros

materiais,aumentandoopotencialdegeraçãodeenergiaelétrica.

O desenvolvimento das tecnologias de energia eólica deve procurar aumentar a sua fiabilidade

atravésdemelhoriasdosmateriaiseaumentodeeficiência,emespecialparavelocidadesdovento

variáveisedireçõespoucoconstantes.

Umadasdificuldadesexistentesnaavaliaçãodaviabilidadedefontesrenováveisemmeiourbano,é

afaltadedadossobreascondiçõesatmosféricaslocais.Emboraexistammapasdeexposiçãosolar

quepermitemavaliar a irradiaçãode cada zona, seria interessante fazer-seum levantamentodas

condiçõesparadiversascidades, fazendoummapeamentodaqualidadedeventoedaorientação

das coberturas. A alternativa consiste em analisar detalhadamente cada área onde se pretende

instalar as tecnologias renováveis, sendo esse custo imputado a quem pretende realizar o

investimento.

Omelhoramentodetecnologiaparaarmazenamentodeenergia,comoasbaterias,éfundamental

paraquesejapossívelatingirozerodaenergia.Énecessárioexistirinvestigaçãoedesenvolvimento

nestaáreaquepermitaporum ladoa reduçãodepreçosdasbaterias,assimcomooaumentoda

quantidade de energia armazenada. Atualmente é mais barata a utilização de albufeiras para

armazenamentodeenergiapotencial,sendofundamentalaevoluçãodasbateriasparacompetirem

com essa forma de armazenamento, pois é importante a existência de armazenamento barato e

eficienteàescaladamoradiaeedifício.

Aevoluçãotecnológicadeveseracompanhadaporumareduçãodepreçodastecnologias,deforma

a que estas possam ser competitivas e, consequentemente, serem comercializadas. Quantomais

cara for a tecnologia,menor será o potencial de poupança em relação à rede, logo é necessário

existirI&Depesquisaporpartedasempresasprivadas,associadaainvestimentopúblico,quegere

reduçõesdepreçosuficienteparaaumentaraatratividadeparaapopulaçãoemgeral.

Aanálisedaimplementaçãodetecnologiasrenováveisdeveolharparaalémdoretornoeconómico,

valorizandoosbenefíciosglobaisparaasociedade.Contudo,aquantificaçãodosbenefíciosindiretos

édifícil,tornando-senecessárioumalegislaçãoclaraeestávelqueincentiveoinvestimento,sendo

umaoportunidadeparadesenvolvimentosfuturos,nomeadamenteoutrasteses.

91

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I

Anexos

II

AnexoI-EnergiaConceitosRelevantes

Dependênciaenergética

A dependência energética do exterior é um factor que permite quantificar a energia que é

importadapelopaís.Portugalapresentaumvalorhistóricodedependênciaenergéticade80a90%,

valoreselevadosdevidoàinexistênciadeproduçãonacionaldefontesdeenergiafóssil,cujopesona

produçãodeenergiaémuitoconsiderável,comosedemonstrouanteriormente.

Tendo em conta a situação da energia primária em Portugal em 2013, em que o petróleo

representava 45% da oferta, o gás natural 17% e o carvão 12%, é natural que ainda exista uma

grandedependênciaenergéticadoexterior,situando-senos73,9%em2013.

O sector dos transportes émaioritariamente alimentado por fontes não renováveis e representa

36% do consumo total de energia final logo, é natural que exista uma grande necessidade de

importaçãodeenergia.Osectorda industriaexigeelevadasquantidadesdeenergiacomelevados

picos,portantoimplicaquesejafornecidoporfontesfóssil,cujafiabilidadeémaior.Estessectores

representam um valor cumulativo de 68% do consumo total de energia final, contribuindo

significativamenteparaadependênciaenergéticasentidaemPortugal.

Figura2.10–EvoluçãodadependênciaenergéticaemPortugal,entre2000e2013,em%(DGEG,2015a)

O desafio de reduzir esta dependência energética é alimentado pelo crescimento das energias

renováveis, pois estas permitem produzir energia internamente e, em casos de maior produção,

exportaressaenergiaparaoutrospaíses.Aenergiahídricaeeólicativeremumpapeldeterminante

nareduçãodadependênciaenergéticaaolongodosúltimosanos.

Noentanto,devidoàvariabilidadedasfontesrenováveis,existemperíodosemqueadependência

energéticapodesubirconsideravelmente,comoaconteceunoanode2005.Devidoàsecaverificada

III

nesse ano, a produção de energia hídrica baixou consideravelmente, aumentando a dependência

energéticaquase5pontospercentuaisnumano.

A situação de dependência energética portuguesa coloca pressão na balança de pagamentos

nacionaldevidoàobrigaçãode importarenergiadeoutrospaíses.Portugaléo8ºpaíscommaior

dependênciaenergéticanaEuropa,commaisde20pontospercentuaisqueamédiaeuropeia.

InvestimentoeInovação

EmboraosectorenergéticorepresenteumamodestaporçãodoPIBdospaíses,exceptonospaíses

emqueexistemreservasdecombustíveisfóssil,oseuimpactonaeconomiaédetalformaelevado

quemuitosoutrossectoresdependemdosectorenergético.Aenergiaéocombustíveldegrande

parte dos bens e serviços consumidos tornando a economia inevitavelmente dependente da

estabilidadeevalordopreçodaenergia(EconomicForum,2012).

Estainfluêncianaeconomiadeve-seàextensãodasredesdefornecimentodeenergiaquecobrem

vastos sectores, a necessidade demão de obra especializada e bem paga com poder de compra

elevado e finalmente, por ser um sector com grandes necessidades de capital, com grande

capacidadedecriaçãodeemprego(EconomicForum,2012).

Um dos factoresmais importantes no sector energético é o investimento pois é ele que permite

aumentar a capacidade instalada para que a procura seja satisfeita. O investimento pode ser de

menorrisco,pelaconstruçãoeexploraçãodetecnologiasmadurascomvastosanosdeexperiencia

nomercado, ou pode ser demaior risco no caso de tecnologiasmais recentes. A importância de

destes investimentos abrange áreas como a transmissão de energia, a eficiência energética e

também a segurança energética demodo a tornar o sistemamais fiável, resiliente e sustentável.

Assim, continua a ser fundamental investir na rede e tecnologias atuais de modo a garantir um

corretofuncionamentodosectorenergéticoegarantirqueaprocuramundialésatisfeita.

Em2013maisde1,600milharesdemilhõesdedólaresforaminvestidosanívelmundialdemodoa

satisfazerasnecessidadesenergéticasdacrescentepopulação.Oscombustíveisfóssilrepresentam

70%desteinvestimento.

IV

Figura2.14–Investimentoglobalnaofertadeenergiaentre2000e2013,emmilharesdemilhõesdedólares(InternationalEnergyAgency,2014)

Emboraexistaumaconsciênciadequeasenergiasrenováveisdevemrepresentarumaporçãomaior

daenergiatotalproduzida,ocrescimentodoinvestimentoemfontesrenováveistemestagnadonos

últimos. As necessidades energéticas das economias emergentes e países menos desenvolvidos

obriga a produzir ou importar energia suficiente para as suas populações viverem de formamais

adequada.A tecnologiaescolhidaémuitasvezesamaisbarata,neste casoos combustíveis fóssil,

emdetrimentodasfontesrenováveis.

Duranteospróximos20anosestima-sequemaisdemetadedoinvestimentoacumuladodeoferta

de energia esteja focado nas fontes não renováveis enquanto que apenas 15% se destinará a

renováveis. Em termos de eficiência energética o investimento acumulado será de 8 biliões de

dólares, em que o sector dos edifícios representa 29%, a industria 9% e os transportes 62%

(InternationalEnergyAgency,2014).

O desenvolvimento de tecnologias inovadoras é fundamental para reduzir a dependência de

combustíveisfóssilexistenteatualmente.Assimainovaçãoaparececomoumconceitofundamental

para conseguir, a longo prazo, aumentar o peso das energias renováveis, em especial em países

onde existem fracas condições solares ou ventos sem qualidade suficiente. Para fomentar esta

inovação, será necessário os governos mundiais aumentarem a despesa em Investigação e

desenvolvimento.Emcomparaçãocomoutrospaíses,o investimentoemI&Dporpartedoestado

português representa 0,06% do PIB nacional, valor este que coloca Portugal acima dos EUA, da

HolandaedeEspanha.(Gates,2014)

Complementarmenteaoestadoeemrespostaaoseuinvestimentonainovação,éimportanteque

os privados tenhamamotivaçãopara investir emnovas tecnologias (Gates, 2014). EmPortugal o

estado investiu aproximadamente €9milhões em2012, enquantoque as empresas gastaram€57

milhões.Estesvaloresrepresentam7%e5%darespectivadespesa

V

AnexoII–Energiaevoluçãoecapacidadesinstaladas

Evolução

Algumasdasenergias renováveleramas fontesdeenergiamaisutilizadasnopassado, tal comoa

energiahídricaedoventoparamoer cereais,paraa industria têxtil epara transportes, aenergia

solarparacozinhareaparatransporteeaenergiadebiomassaparaaquecimentoeparacozinhar.

Contudo, devido à revolução industrial e com o consequente surgimento de fontes de energia

fosseisdescritasnocapítulo2,o sectorenergético sofreualteraçõesdrásticasque reduziuopeso

dasfontesrenováveismuitosignificativamente.

Hídrica

O desenvolvimento da energia hídricamoderna inicia-se em 1870 com a construção da primeira

central hidroelétricaem Inglaterraeem1880nosEstadosUnidos, comoprimeirouso comercial,

parailuminarumteatroeumaloja(IRENA,2015a).

Nas décadas que se seguiram, a energia hídrica foi instalada nos EUA e na Europa, sendo hoje

responsávelpor85%daenergiaelétricaprovenientederenováveise16%daenergiaelétricatotal.

Estápresenteemmaisde160países(InternationalEnergyAgency(IEA),2012).

AcrescentepresençadestetipodecentraisnaAméricaCentral,AméricadoSulenaÁsia,permitiu

chegaraos1200GWdecapacidadeinstalada,oquerepresentaumcrescimentode50%faceaoano

2000.

A península Ibérica tem um elevado potencial hídrico, sendo Portugal um país com elevada

capacidade instalada,devidoànecessidadede reduzira suadependênciaenergética.Ao longoda

últimadécada,ocrescimentodapotênciainstaladamanteve-seconstante,voltandoasubirdurante

2010e2011,enovamenteem2015,atingindoumapotênciainstaladapróximados6GW.

Eólica

Autilizaçãodeenergiadoventoparaproduçãodeeletricidadeteminícionofinaldoséculo19na

Escócia,nosEUAenaDinamarca,atravésdemoinhosqueforneciameletricidadeaalgumascasas

(Nixon, 2008). Já no século 20, desenvolve-se e aperfeiçoa-seodesenhodaspás dosmoinhosde

modoamelhorarasuaeficiência,conseguindo-seemVermontnosEUAem1941,aconstruçãodo

primeiromoinho eólico comproduçãodemais de 1MWde energia. Coma crise dopetróleo de

1973, o investimento em projetos de energia eólica aumentou consideravelmente, acompanhado

pormudançasnalegislaçãoqueobrigavaaumamaiorproduçãodeenergiadefontesrenováveis(US

DepartmentofEnergy,2015).

VI

Assim,nosanos70doséculo20,estafontedeenergiainiciaasuapenetraçãoemmaiorescalano

mercado,nomeadamenteempaísescomoaDinamarcaeEUA,eaindanosanos90naAlemanhae

Espanha,hojepaísescomgrandecapacidadeinstaladadeenergiaeólica(Schwabeetal.,2011).

Desdeoano2000queacapacidadeinstaladamundialdeenergiaeólicaduplicaacada3anos,tendo

umacapacidadeacumuladamundialde197GWem2010.Nofinalde2014acapacidadeinstalada

foide370GW(Valentine,2011).

Em 2013, o crescimento foi de 4,4%, demonstrando um sector em crescimento apesar duma

economiaemcontração,algoqueacentuaatransiçãodosectorelétricoportuguêsparafontesde

energia renováveis.Esteaumentopermitiuqueaenergiaeólica representasse24%dacapacidade

instalada de energias renováveis em Portugal, com uma taxa de penetração de 24% a nível do

consumoelétrico,umataxadepenetraçãoapenassuperadapelaDinamarcamundialmente(LNEG

2013).

No finalde2013,Portugalerao11ºpaís commais capacidade instaladadeenergiaeólicaanível

mundial,ficandomuitopróximodaDinamarcaqueocupavaa10ºposição.

Ocrescimentodacapacidadeinstaladanoano2014éomaiordosúltimos3anosevidenciandouma

maiorcapacidadedeinvestimentodospaísesetambémdemonstraaelevadacompetitividadedesta

fontedeenergia.

SolarTérmica

A investigação dedicada à energia solar inicia-se no final do século 19, desenvolvendo-se os

primeiros colectores térmicos até ao início do século 20. A energia solar térmica existe

comercialmente hámais de 30 anos, sendo que as principais evoluções emelhorias incidiram no

materialparaabsorçãodecalorenospermutadoresdecalor,levandoareduçõesdaquantidadede

materialnecessárioeumamaiorfiabilidade.

Aproximadamente 90% da capacidade instalada de energia solar é proveniente de colectores

térmicos e a sua aplicabilidade varia desde aquecimento de águas domesticas a aquecimento

industrial(Zhangetal.,2012).Aenergiasolartérmicaéumafontedeenergiaimportantedevidoà

suaincidêncianoaquecimentodoméstico.

A China é responsável por dois terços da capacidade instalada de colectores solares térmicos,

enquanto que a europa contribui com 16%. A capacidade instalada mundialmente é de 400GW,

correspondente a 580 milhões de m2, enquanto que em Portugal o valor é de 633MW, o que

representa905,000m2.

SolarFotovoltaica

VII

Aenergiafotovoltaicafoiestudadaeinvestigadadesdeofinaldoséculo19atémiadosdoséculo20

de forma experimental e empírica, sendo apenas a meio do século 20 que se desenvolvem os

primeirosmódulos fotovoltaicos, após compreender a teoria do efeito fotoelétrico, publicadopor

Einsteinnoiníciodoséculo20.

Em1977,acapacidadeinstaladaglobaldefotovoltaicoeraligeiramenteacimade500kW.Em2002,

acapacidadeinstaladaultrapassouos2GWeapós10anos,em2012,excedeuos100GW.Em2013,

instalou-se39GW,superandopelaprimeiravezaenergiaeólicaeminstalaçãoanual(IRENA,2014b).

A energia fotovoltaica tem vindo a crescer exponencialmente a nívelmundial, em especial desde

2008quandoacapacidadeinstaladanaeuropaquaseduplicoudesdeoanoanterior.Desdeentão,

tem-sevindoaassistiraumcrescimentoanualdacapacidadeinstaladaelevado,atingindo140GW

nofinalde2013,estimando-sequeovalorseencontrenestemomentopróximodos180GW(IRENA,

2014b).

Na europa, a capacidade instalada anual de solar fotovoltaico, tem vindo a estabilizar, em parte

devidoàcriseeconómicasentidanosúltimosanos,levandoaAsiaasubstituiraEuropacomoazona

mundialcommaioraumentodecapacidadeinstaladaanual,principalmentedevidoàChinaeJapão

ondeomercadodaenergiasolarfotovoltaicaestáemrápidocrescimento(IEA,2015b).

Opaíscommaiorcapacidade instaladade fotovoltaicoanívelmundial,éaAlemanhacom38GW,

emboraaChinasejanestemomentoopaíscommaioraumentodecapacidadeinstalada,comum

aumentode13GWapenasem2013(IEA,2015b).

Biomassa

Anteriormente à revolução industrial, o combustível mais utilizado pelo Homem era a biomassa,

maisconcretamentea lenha,utilizadaparaaquecimentodeespaços,paracozinhareparafabricar

algunsmateriais.Arevoluçãoindustrialintroduziunovosmétodosdeproduçãoenovastecnologias,

cujo consumodeenergiamais elevadoobrigouaencontrar formasdeenergia alternativas.Ainda

assim,aenergiadebiomassamantémasuapreponderânciaempaísesmenosdesenvolvidosondeé

afontedeenergiamaisfiávelparaaquecimentoeparacozinhar.

EmPortugal,abiomassaparageraçãodeeletricidade,temmaiscapacidadeinstaladaqueaenergia

solarfotovoltaica,com707MW,responsáveispormaisde3,000GWhdeenergiaelétricaporano.

EmPortugal,abiomassaéaprincipalfontedeenergiatérmicanosectordoméstico,emquealenha

representavacercade12%doconsumototaldeenergiaem2010.Outrasfontesdeenergiatérmica

importantestalcomoogásengarrafadoeogásnatural,apresentavamvalores inferiores,de9%e

4% respectivamente, enquanto que o solar térmico apenas contabilizava cerca de 1% sendo que

VIII

outrasalternativasparaaquecimento,talcomoogasóleodeaquecimento,representavamvalores

superiores.

De seguida, analisam-se as diferentes fontes de energia renovável, descrevendo as diferentes

soluçõestecnológicaseaevoluçãofuturaesperada.

CapacidadeInstalada

Hídrica

A construção de hídrica de maior dimensão (acima de 10MW) é responsável por quase todo o

crescimento,demonstrandoamaioreficiênciadestetipodeprojetomesmotendovaloresabsolutos

de investimento superiores. Por outro lado, a energia hídrica demenor dimensão apresenta um

crescimentopraticamentenegligenciávelemrelaçãoaototal.

Figura3.2–Evoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiahídricamundialentre2000e2014,emGW(IRENA,2015b)

A península Ibérica tem um elevado potencial hídrico, sendo Portugal um país com elevada

capacidade instalada,devidoànecessidadede reduzira suadependênciaenergética.Ao longoda

últimadécada,ocrescimentodapotênciainstaladamanteve-seconstante,voltandoasubirdurante

2010 e 2011, e novamente em 2015. A potência instalada é de mais de 6 GW, composto

principalmenteporprojetoscompotênciasuperiora10MW.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

CapacidadeInstalada,GW

AnoHídricaTotal MinieMicroHídricaPequenaHídrica GrandeHídrica

IX

Figura3.3–EvoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiahídricaemPortugalentre2006e2015,emGW(DGEG,2015b)

Osprojetoscompotênciainferiora1MWrepresentamumapequenapartedototalcontudo,dado

queoslocaisparahídricasdegrandedimensão,sãocadavezmaislimitados,edevidoaumsistema

de incentivos favorável, as hídricas de pequena dimensão têm sentido algum crescimento nos

últimos4anos12atingindomenosdeumquartodeMW.

Figura3.4–Evoluçãodacapacidadeinstaladademiniemicrohídricaentre2011e2015emPortugal,emGW(DGEG,2015b)

Estimativas apontampara umpotencialmundial de pequena hídrica à volta dos 200GW, emque

nestemomentoapenas5%éexplorado(EuropeanCommission,2013).

12Refira-se queumprojeto até estar instaladopodedemorar 10 anos (http://visao.sapo.pt/ambiente/energia/hidrica-um-questao-de-

rendas=f681609)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Potênciainstalada(MW)

AnoHídricaTotal GrandeHídrica PequenaHídrica(<10MW)

0

50

100

150

200

250

2011 2012 2013 2014 2015

Potênciainstalad

a(kW)

AnoTotalMicro/Mini

X

Figura3.5–Potencialtecnicohídricomundial,emGW(InternationalEnergyAgency(IEA),2012)

Figura3.6–CapacidadeinstaladaepotencialdePequenahídricaemPortugal(Liuetal.,2013)

Eólica

Desdeoano2000queacapacidadeinstaladamundialdeenergiaeólicaduplicaacada3anos,tendo

umacapacidadeacumuladamundialde197GWem2010.Nofinalde2014acapacidadeinstalada

foide370GW(Valentine,2011).

Figura3.7–Evoluçãodacapacidadeinstaladaacumuladadeenergiaeólicamundialmente,2000-2014(IRENA,2015b)

Ocrescimentodacapacidadeinstaladanoano2014éomaiordosúltimos3anosevidenciandouma

maiorcapacidadedeinvestimentodospaísesetambémdemonstraaelevadacompetitividadedesta

17266

7262292615

118181156269

193128232756

277208310748

360847

67 882 1094 1472 2157 3193 3837 5471 7449 8761-

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Capa

cida

deIn

stalad

a,M

W

AnoOnshore-World Offshore-World

XI

fontedeenergia.Nofinalde2013,Portugalerao11ºpaíscommaiscapacidadeinstaladadeenergia

eólicaanívelmundial,ficandomuitopróximodaDinamarcaqueocupavaa10ºposição.

Tabela3.3–Evoluçãocapacidadeinstaladaaté2013

Ocrescimentode4,4%apresentadoem2013,demonstravaumsectoremcrescimentoapesarduma

economiaemcontração,algoqueacentuaatransiçãodosectorelétricoportuguêsparafontesde

energia renováveis.Esteaumentopermitiuqueaenergiaeólica representasse24%dacapacidade

instalada de energias renováveis em Portugal, com uma taxa de penetração de 24% a nível do

consumoelétrico,umataxadepenetraçãoapenassuperadapelaDinamarcamundialmente (LNEG

2013).

Figura3.8–EvoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiaeólicaemPortugalentre2000e2014,emMW(IRENA,2015b)

83

16812201

28573326

37964256 4412 4610 4794

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Capa

cida

deIn

stalad

a,M

W

Ano

XII

Figura3.12–Previsãodoaumentodacapacidadeinstaladademicroturbinas

Solar

Em1977,acapacidadeinstaladaglobaldefotovoltaicoeraligeiramenteacimade500kW.Em2002,

acapacidadeinstaladaultrapassouos2GWeapós10anos,em2012,excedeuos100GW.Em2013,

instalou-se39GW, superandopelaprimeira veza energia eólicaem instalaçãodepotência anual

(IRENA,2014b).

Aproximadamente 90% da capacidade instalada de energia solar é proveniente de colectores

térmicos e a sua aplicabilidade varia desde aquecimento de águas domesticas a aquecimento

industrial(Zhangetal.,2012).Aenergiasolartérmicaéumafontedeenergiaimportantedevidoà

sua incidência no aquecimento doméstico. No final de 2012 a capacidade instalada total

mundialmenteerade234.6GW,correspondendoa385milhõesdem2deáreadecolectores.

No sector residencial, omercado de solar térmica é compostomaioritariamente por sistemas de

dimensão entre 3 e 10 kWth, principalmente utilizados para aquecimento de águas domesticas.

Existe uma procura crescente desta tecnologia para aquecimento de espaços, em especial na

Europa,nomeadamentenaAlemanha.

Oscolectoressolaresparaaquecimentodeáguasãocomercializadoshámaisde30anosemalguns

países, especialmente na América doNorte e na Europa, onde o tanque de armazenamento tem

uma capacidade habitual de 300 litros e um colector com área entre 4 e 6 m2. Esta tecnologia

permite o fornecimento de 60 a 90% da água quente necessária anualmente (Müller-Steinhagen,

2008).

Maisrecentementeutiliza-seumsistemacombinadoquepermiteaquecerespaçosemsimultâneo

comoaquecimentodeágua.Estetipodetecnologianecessitadecolectorescomumaáreabastante

XIII

superioraquelanecessáriaapenasparaaquecimentodeágua,sendoqueosvaloresexperimentais

apontam para o fornecimento de 60% do calor total necessário numa residência, incluindo o

aquecimentodeespaçosetambémdeágua,utilizandocolectorescomumaáreatotalde30a60m2

etanquescomcapacidadeparaarmazenar6,000a10,000litros.Valoresreaiseatuaisapontampara

sistemasquefornecem25%docalornecessário,utilizando10a20m2deáreadecolectore700a

1,500litrosdearmazenamentodeágua.

A energia fotovoltaica tem vindo a crescer exponencialmente a nívelmundial, em especial desde

2008quandoacapacidadeinstaladanaeuropaquaseduplicoudesdeoanoanterior.Desdeentão,

tem-sevindoaassistiraumcrescimentoanualdacapacidadeinstaladaelevado,atingindo140GW

nofinalde2013,estimando-sequeovalorseencontrenestemomentopróximodos180GW(IRENA,

2014b). Os módulos fotovoltaicos de silício cristalino representam 90% dos novos módulos

instaladosdevidoàsuamaturidadenomercadocomcustosatrativoseelevadaseficiências.

Figura3.14–Evoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiasolarfotovoltaicaentre2000–2013

Na europa, a capacidade instalada anual de solar fotovoltaico, tem vindo a estabilizar, em parte

devidoàcriseeconómicasentidanosúltimosanos,levandoaAsiaasubstituiraEuropacomoazona

mundialcommaioraumentodecapacidadeinstaladaanual,principalmentedevidoàChinaeJapão

ondeomercadodaenergiasolarfotovoltaicaestáemrápidocrescimento(IEA,2015b).

XIV

Opaíscommaiorcapacidade instaladade fotovoltaicoanívelmundial,éaAlemanhacom38GW,

emboraaChinasejanestemomentoopaíscommaioraumentodecapacidadeinstalada,comum

aumentode13GWapenasem2013(IEA,2015b).

AtendênciaésimilarnocasodaenergiasolartérmicaemqueaChinaéresponsávelpordoisterços

da capacidade instalada, enquanto que a europa contribui com 16%. A capacidade instalada

mundialmente é de 400GW, correspondente a 580milhões dem2, enquanto que em Portugal o

valoréde633MW,oquerepresenta905,000m2.

Figura3.15–Capacidadeinstaladatotalmundialdeenergiasolartérmica

No sector residencial, omercado de solar térmica é compostomaioritariamente por sistemas de

dimensão entre 3 e 10 kWth, principalmente utilizados para aquecimento de águas domesticas.

Existe uma procura crescente desta tecnologia para aquecimento de espaços, em especial na

Europa,nomeadamentenaAlemanha.

Oscolectoressolaresparaaquecimentodeáguasãocomercializadoshámaisde30anosemalguns

países, especialmente na América doNorte e na Europa, onde o tanque de armazenamento tem

uma capacidade habitual de 300 litros e um colector com área entre 4 e 6 m2. Esta tecnologia

permite o fornecimento de 60 a 90% da água quente necessária anualmente (Müller-Steinhagen,

2008).

Maisrecentementeutiliza-seumsistemacombinadoquepermiteaquecerespaçosemsimultâneo

comoaquecimentodeágua.Estetipodetecnologianecessitadecolectorescomumaáreabastante

superioraquelanecessáriaapenasparaaquecimentodeágua,sendoqueosvaloresexperimentais

XV

apontam para o fornecimento de 60% do calor total necessário numa residência, incluindo o

aquecimentodeespaçosetambémdeágua,utilizandocolectorescomumaáreatotalde30a60m2

etanquescomcapacidadeparaarmazenar6,000a10,000litros.Valoresreaiseatuaisapontampara

sistemasquefornecem25%docalornecessário,utilizando10a20m2deáreadecolectore700a

1,500litrosdearmazenamentodeágua.

Biomassa

Abiomassapodeserutilizadaparageraçãodeenergiaelétrica,contudooseuprincipalusoconsiste

nageraçãodeenergiatérmicaparaedifícios.Aformamaiscomumdebiomassaéatradicional,ou

seja,recorrendoalenha,representando9%daenergiafinalconsumida,sendoportantoumafonte

deenergiarenovávelimportante.

Figura3.20–Repartiçãodaenergiafinalmundialconsumidaem2013portipodecombustível(REN21,2015)

A biomassa tem experimentado alguma variação ao longo dos anos, principalmente devido ao

aumentopopulacionaledenecessidadesenergéticas, sendoagrandemaioriadaenergiautilizada

paraaquecimentodeedifícios.Aaplicaçãonaindustriavaria,consoanteasnecessidadesdeenergia,

dependendodastemperaturasnecessárias(Altatemperatura>400ºC;Mediaente400ºCe100ºC;

Baixa<100ºC).

XVI

Figura3.21–Evoluçãodoconsumodeenergiadebiomassaporsectorentre1990e2010,emEJ/ano(IRENA,2014a)

EmPortugalabiomassaparageraçãodeeletricidade,temmaiscapacidadeinstaladaqueaenergia

solarfotovoltaica,com707MW,responsáveispormaisde3,000GWhdeenergiaelétricaporano.

EmPortugal,abiomassaéaprincipalfontedeenergiatérmicanosectordoméstico,emquealenha

representavacercade12%doconsumototaldeenergiaem2010.Outrasfontesdeenergiatérmica

importantestalcomoogásengarrafadoeogásnatural,apresentavamvalores inferiores,de9%e

4% respectivamente, enquanto que o solar térmico apenas contabilizava cerca de 1% sendo que

outrasalternativasparaaquecimento,talcomoogasóleodeaquecimento,representavamvalores

superiores.

Figura3.22–ConsumototaldeenergiafinalnosectordomesticoemPortugalem2010

XVII

Figura3.19–Diferentesfontesdebiocombustíveisparageraçãodeenergiatérmicaeelétrica(IEA,2014b)

XVIII

AnexoIII–Cálculodaviabilidadeeconómica

Principaisequações(Fonte:Portela,2000)utilizadasnadeterminaçãodaviabilidadeeconómica:

Parâmetros:

R–Receitas

O–CustosdeOperação(OPEX)

C–CustosdeCapital(CAPEX)

P–CustodeReposição

k–anodeinícioprodução

m–anoreposiçãoequipamento

r–taxadeatualização

n–horizonteprojeto

B/C–Benefício/Custo

VAL–ValorAtualizadoLíquido

VAL=R–C–O–P

XIX

TIR–TaxaInternadeRentabilidade