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Híbridos ElétricosHíbridos ElétricosHíbridos ElétricosHíbridos Elétricos

Centro de Convenções MileniumSão Paulo -SP

Antonio Nunes JrDiretor do INEE

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•Tipos de veículos elétricos e características principais

•“Combustíveis” para veículos elétricos •Evolução dos híbridos elétricos – fatores motivadores e

inibidores

•Veículos elétricos e a matriz energética brasileira

•Análise Well to Wheel

RoteiroRoteiro

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Brasil - Uso Final de Energia em Brasil - Uso Final de Energia em 2004 2004

Expressivo uso de combustíveis fósseis em transporte.

Milhões de tep

Derivados depetróleo

Gásnatural

Carvãomineral

BiomassaEnergiaelétrica

Total

Indústria 11 7 11 28 15 72

Transportes 44 1 - 6 - 51

Res./ Com./ Agrop. 12 - - 11 15 38

Setor energético 5 3 - 8 1 17

Usos não energéticos 12 1 - - - 13

Total 84 12 11 53 31 191Fonte: Balanço Energético Nacional (BEN) 2004

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• Melhoria da eficiência dos motores convencionais (MCI)

• Emprego da tração elétrica

Resistência do ar

Em espera/parado

Perdas no motor

Acessórios

Perdas transmissão

Frenagem

Inércia

Resistência rolamento

Eficiência baixa dos carros Eficiência baixa dos carros convencionaisconvencionais

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Veículo elétricoVeículo elétrico usa pelo menos um motor elétrico em sua tração.usa pelo menos um motor elétrico em sua tração.São classificados segundo a fonte de energia utilizada à bordo.São classificados segundo a fonte de energia utilizada à bordo.

Combustível líquido ou GNV

Ene

rgia

Elé

tric

a

VEB

VEH “Plug-in”

VEH

Tipo Fonte de energia elétrica

• Trólebus Rede (durante o trajeto)

• Bateria Rede (carga)

• Híbrido Combustível*

• Híbrido plug-in Rede (carga) + combustível*

• Célula a combustível Hidrogênio**

• Solar (teste, competições) Sol

* Gasolina, diesel, álcool, gás natural** Hidrogênio ou metano, metanol, ... em reformador

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Idéia de VEH é antigaIdéia de VEH é antiga

1898: Dr. Ferdinand Porsche, 23 anos, construiu seu primeiro carro: Lohner Electric Chase (primeiro do mundo com tração dianteira).

Segundo carro: um híbrido com m.c.i. para acionar um gerador que fornecia energia elétrica a motores localizados nos eixos das rodas.

Só na bateria rodava cerca de 40 milhas.

1899: Dois híbridos no Salão de Paris

1903: Krieger Hybrid: usava motor a gasolina para alimentar um conjunto de baterias

1921: Owen Magnetic Hybrid: usava motor a gasolina para acionar um gerador que fornecia energia elétrica para motores montados em cada roda traseira.

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Eletricidade

Tanque

Gasolina

Álcool

Diesel/Biodiesel

GNV

Hidrogênio

Cilindro H2

GNV/H2

Célula a combustível

Combustíveis para VEsCombustíveis para VEs

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• VEB - Veículo elétrico a bateria Baterias • VEH - Veículo elétrico híbrido Gerador acionado por m.c.i• VECC - Veículo elétrico de célula a combustível Célula a Combustível

VES combinam• Alta eficiência energética• Baixo nível de ruído• Baixo nível de emissões de poluentes• Conforto• Baixo custo operacional

Tecnologias de VETecnologias de VECaracterizadas pela fonte de energia elétrica usada Caracterizadas pela fonte de energia elétrica usada

a bordoa bordo

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VEH - configuração sérieVEH - configuração série

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VEH - configuração VEH - configuração paralelaparalela

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Fonte: EPRI Journal – Fall 2005

VEH Plug-inVEH Plug-in

* Electric Power Research Institute (EPRI)

Sprinter Plug-in da Daimler no mercado em 2008

Conversão em “oficinas”

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•Fatores motivadores• Questão ambiental (poluição do ar, sonora)• Eficiência no uso de energia

- Estímulos para aquisição

VEs Nenhuma ou muito pouca emissão de gases no local Arrancadas e frenagens mais suaves (mais conforto) Baixo ruído Frenagem regenerativa Motores elétricos eficientes Baterias eficientes Motor de combustão interna menor e funcionando na região de

maior eficiência ou desligado Não gasta energia quando parado

EvoluçãoEvolução

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•Fatores inibidores• Custo de aquisição mais alto (bateria, outros componentes,

baixa escala de produção, tecnologia na infância)• No caso dos elétricos a bateria, autonomia limitada e tempo

de recarga alto• Pouca disponibilidade de modelos• Complexidade

EvoluçãoEvolução

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•VEs a bateria• Multiplicação de soluções para nichos: usos urbano (transporte

de carga, pessoas, transporte público, ...) e em áreas restritas (áreas industriais, comerciais, condomínios, ...)

• Crescimento do uso de veículos levíssimos (bicicletas, motocicletas, ...)

•VEs híbridos• Projeções de expressivo crescimento para o mercado americano

•VEs híbridos plug-in• Chance de crescer com

queda de preços e maior capacidade de carga das baterias, interesse das empresas de energia elétrica e pressão por melhoria no meio ambiente

Perspectivas no mundo e no Perspectivas no mundo e no Brasil Brasil

Horizonte 2015Horizonte 2015

15

2005 2010 2015

Híbrido

Bateria

Célula a combustível

2000

As grandes famílias de veículos elétricos encontram-se em estágios distintos de desenvolvimento

Cronologia

Híbrido plug-In

?

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Planejamento energia - atualidadePlanejamento energia - atualidade

TRANSPORTE.ELETRIC.SIDERURGIA TRANSPORTESIDERURGIA CALOR

PETRÓLEO

REFIN &TRNSPRT

CARVÃO

Transm &Distrib

HIDRELÉTR.

HIDRO

TERMELÉTR

NUCL CANA

DESTI-LARIA

1/3GD

2/3

PÓS 80

GÁS

PÓS 99

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Planejamento - nova Planejamento - nova realidaderealidade

TRANSPORTECONSUMIDOR

EN.ELETR.SIDERURGIA TRANSPORTESIDERURGIA CALOR

ÓLEO

REFIN &TRNSPRT

CARVÃO

Transm &Distrib

HIDRELÉTR.

HIDRO CANA

DESTI-LARIA

1/3GD

2/3

TERMELÉTR

GÁS

MAE

GD

GD

VEH + VEB

NUCL

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Aciaria

Transporte

Calor/Frio

Luz

Movimento

Processo

EnergiaPrimária

EnergiaÚtil

Crv. Min

Nuclear

Petróleo

G Natur.

Cana

Hidro

Madeira

Solar

Ref

inar

ia,

Hid

relé

tric

a,

Ter

mel

étric

a,

Des

tilar

ia,

Gas

odut

o, T

&D

, etc

.

Eletricidade

Gasolina

Diesel

Álcool

GLP

GN L/C

Hidrogênio?

Mot

or,

ar

cond

cion

ado,

ca

ldei

ra,

lâm

pada

auto

móv

el,

etc.

EnergiaSecundária

Transform.e transprte

TecnologiaUso Final

EP = [M] x EU

EP EU

Matriz Energética Matriz Energética tep / Kcaltep / Kcal

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Análise “Well to Wheel”Análise “Well to Wheel”

Trans-porte

Co-ge-rador

η= 0,90

η= 0,85η= 0,70

Veículo

Co-geração

0,13

0,27

0,54

EnergiaPrimária

EnergiaÚtil

“Well” “Wheel” Trnsp&

CompressVeículo

GNV

η= 0,15η= 0,85

VEη= 0,95 η= 0,50 η= 0,85

η= 0,70Trans-porte

Gera-dor

Trns-&Distr Veículo

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• Energia e aquecimento global são preocupações centrais de

nosso tempo

• Uso do petróleo é um dos principais problemas que pressionam

o mundo atual

• As conseqüências para o meio ambiente local, regional e global

das emissões do cano de escape clamam por ações urgentes

• As preocupações principais são relacionadas a uma possível

crise de energia quando não houver mais combustível fóssil e,

principalmente, uma muito possível exaustão da capacidade do

meio ambiente absorver a poluição

A eficiência só avança

À guisa de conclusãoÀ guisa de conclusão

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Brasil:

• Mercado, política energética ou ambiental?

• Federal, Estadual ou Municipal?

• Nichos: transporte público, individual, frotas?

• Barreiras: econômicas, tecnológicas, culturais e legais?

www.VE.org.br

www.ABVE.org.br

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Muito obrigado!

Antonio Nunes Jr

Diretor do INEE

(21) 2532-1389

nunes@inee.org.br

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- Há muitos tipos e fabricantes, alguns no Brasil- Motos com potencial para substituir as convencionais em certos usos- Uma fábrica de motonetas em Manaus- Soluções para ambientes fechados e portadores de necessidades especiais

Não há notícia.Há vários modelos em teste.

- Vários modelos no exterior usados para usos urbanos. - - Um entrante no Brasil

-12 a 15 modelos nos EUA-VEH-P: hoje é um VEH adaptado. Poderá ser uma opção de fábrica no futuro

Vários modelos em teste pelos grandes fabricantes

- Vários modelos no exterior.- Veículos para entregas e serviços urbanosEmpilhadeiras, reboques e paletadeiras

- Ônibus: alguns fabricantes no exterior e 2 no Brasil- Caminhões em teste no exterior-VEH-P: um ônibus no Brasil

- Ônibus: alguns modelos em teste no exteriorUm desenvolvimento no Brasil- Empilhadeiras em teste

LEV

ÍSS

IMO

SLE

VE

SP

ES

AD

OS

VEHVEB VECaC

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•Stop/start (S/S) – Desliga e liga o mci•Economia de combustível* - 7%

•Integrated Starter Alternator With Damping (ISAD) – Opera em 42V e, além do S/S, permite contribuição de alguma potência do sistema de tração elétrica

•Economia de combustível* - 11% e 10% a mais no torque

•Integrated Motor Assist (IMA) – Opera 114V, tem motor elétrico e baterias maiores que no ISAD, o que possibilita mais potência auxiliar

•Economia de combustível* - 17% e 15% a mais no torque

•Full Hybrid (FH) - Sistemas 300+V com possibilidade de tração exclusivamente elétrica, além de suplementar a potência do mci

•Economia de combustível* - 29% e 20% a mais no torque•Para utilitários: economia – 26% e 15% a mais no torque

* Environmental Protection Agency (EPA)

Uma classificação dos VEHs Uma classificação dos VEHs (automóveis e utilitários)(automóveis e utilitários)

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VEs Plug-ins

Eletricidade

Tanque

Gasolina

Álcool

Diesel/Biodiesel

GNV

Hidrogênio

Cilindro

GNV/H2

Tanque

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•Motores de combustão internaÊnfase passa da potência para eficiência

•Células a combustívelCustoConfiabilidadeVida útilE associado os problemas de produção, armazenamento e distribuição do hidrogênio

•Sistemas de controleCustoConfiabilidade

Tecnologias críticasTecnologias críticas

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•Sistemas de abastecimento de energia•Baterias

Melhores relações kWh/kg e kWh/l autonomia 150 - 300 km Custo menor Redução do tempo de carga Vida útil – de 3 /4 anos 8 a15 anos

Tecnologias críticasTecnologias críticas

Fonte: EPRI Journal – Fall 2005

Automóvel a bateria4 a 6 km/kWh

300kg de LI- possibilita a um VEB autonomia de

170 a 250 km

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•Sistemas de abastecimento de energia•Carga de baterias / Eletropostos

Estratégias para recarga que garantam a saúde das baterias-Mais eficiência (economia)-Sem degradação da performance das baterias-Redução do tempo de recarga (cargas rápidas)

Interface EUA – 1.000 eletropostos e mais de 50.000 VEBs

•Supercapacitores Custo Retenção da energia

Motores elétricos / geradoresJá existem motores bastante eficientes

– ex., engrenagem + motor: 93%Vida útil longa é característica deste componenteProjetos avançados como motores embutidos na rodaNecessidade de queda nos custos (escala)

Tecnologias críticasTecnologias críticas

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•EUA Califórnia - início anos 90: Proporção crescente de novos carros

do tipo Zero Emission Vehicles (ZEV) 1993 - Governo cria Partnership for New Generation of Vehicles

(PNGV) – US$ 1 bi - governo cobre metade dos investimentos das montadorasMeta 80 mpg (34 km/h) sem fixar tecnologia

1998 Neighborhood Electric Vehicles (NEV) autorizados a circular em vias públicas com velocidade limitada a 40 km/h

2003 Projeto Independence – VECaC 2005 – Energy Policy Act – estímulos monetários para aquisição

de VEBs, VEHs, VECaC•Europa

França nos anos 90: governo estimulou principais montadoras a lançar VEBs dando subsídios e incentivos fiscais aos compradores e fazendo compras via estatais

Taxa para circular no centro das cidades Proibição para circulação de veículos convencionais nos centros

históricos ou quando poluição do ar supere certo nível Incentivos à aquisição de veículos menos poluentes

EvoluçãoEvolução

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•VEs de célula a combustível•Sem viabilidade econômica no horizonte

(custo do veículo precisa ser dividido por pelo menos 10, investimentos na produção e distribuição do hidrogênio)

•Solução VEH CaC Plug-in poderá ser uma intermediária

•Veículos pesados devem se viabilizar antes dos leves•Célula a combustível estacionária será comercial

antes

Perspectivas no mundo e no Perspectivas no mundo e no Brasil Brasil

Horizonte 2015Horizonte 2015