curso análise de projeto de energia limpa status das tecnologias de energia limpa casa solar...
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Curso Análise de Projeto de Energia LimpaCurso Análise de Projeto de Energia Limpa
Status das Tecnologias de Status das Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa
Casa Solar Passiva
Fazenda Eólica
Foto cedida por: Nordex Gmbh
Foto cedida por: McFadden, Pam DOE/NREL
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Geração de Eletricidade com Resíduos de Madeira
ObjetivoObjetivo
• Disseminar a informação sobre as tecnologias em Disseminar a informação sobre as tecnologias em energias renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energias renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energéticaenergética Mercados
Aplicações típicas
Aquecimento Solar e Fotovoltaico da Água
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Foto cedida por: Warren Gretz, NREL PIX Foto cedida por: Vadim Belotserkovsky
DefiniçõesDefinições
Eficiencia EnergéticaEficiencia Energética Utilizar menos recursos energéticos para
atender a mesma demanda por energia
Energia RenovávelEnergia Renovável Utilizar recursos naturais não esgotáveis
para atender às necessidades energéticas
Casa Solar Passiva Super IsoladaFoto cedida por: Jerry Shaw
Tecnologias de Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa
Convencional Eficiente Eficiente e
Renovável
De
ma
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e E
ne
rgia
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Motivos para Tecnologias de Motivos para Tecnologias de Energia LimpaEnergia Limpa
• AmbientaisAmbientais Mudanças climáticas
Poluição local
• EconomicasEconomicas Custos do ciclo de vida
Esgotamento dos
combustíveis fósseis
• SociaisSociais Geração de empregos
Redução das perdas de receitas locais
Crescimento da demanda energética (x3 em 2050)
Energia Eólica: Custo geração de eletricidade
0
10
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1980 1990 2000
Anos
Fonte: National Laboratory Directors
Para o U.S. Department of Energy (1997)
Cu
sto
Ele
tric
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e
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Características comuns às Características comuns às Tecnologias de Energia LimpaTecnologias de Energia Limpa
• Em relação às tecnologias convencionais:Em relação às tecnologias convencionais:
Normalmente, custos iniciais mais altos
Geralmente, menores custos operacionais
Ambientalmente mais limpas
Normalmente com bom retorno emrelação ao ciclo de vida
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Custo Total de um Sistema de Custo Total de um Sistema de Geração ou Consumo de Geração ou Consumo de EnergiaEnergia
• Custo totalCusto total
• Custo totalCusto total
+ custo anual com combustível + custo anual com combustível
e e O&M O&M
+ custo com grandes + custo com grandes
manutençõesmanutenções
+ custo com desativação+ custo com desativação
++ custo financeiro custo financeiro
++ etc. etc.
Custo de aquisiçãoCusto de aquisição
== Custo de aquisição Custo de aquisição
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Tecnologias de Geração de Tecnologias de Geração de Eletricidade à partir de Fontes Eletricidade à partir de Fontes RenováveisRenováveis
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Energia EólicaEnergia EólicaTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
• Precisa de bons ventosPrecisa de bons ventos (>4 m/s @ 10 m/s) Areas costeiras, montanhas curvas,
planícies abertas
• Aplicações:Aplicações:
Rede IsoladaRede CentralSouthwest Windpower, NREL PIXPhil Owens, Nunavut PowerWarren Gretz, NREL PIX
Fora da Rede
Lâmina do rotor
Vento
Nascele com
embreagem e
Gerador
TorreVento
Altura do
rotor
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Mercado de Energia EólicaMercado de Energia Eólica
Instalação Anual de Turbinas Eólicas pelo Mundo
0
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Capacidade mundial instalada (2003): 39.000 MW(~20,6 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano e 30% fator de capacidade)
Alemanha: 14.600 MWEspanha: 6.400 MWEstados Unidos: 6.400 MWDinamarca: 3.100 MW
83.000 MW em 2007 (previsão)
Fontes: Danish Wind Turbine Manufacturers Association, BTM Consult, World Wind Energy Association, Renewable Energy World
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Pequenas HidroelétricasPequenas HidroelétricasTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
• Tipos de Tipos de Projetos:Projetos:
ReservatórioÀ fio d´àgua
• Aplicações:Aplicações:Rede CentralRede IsoladaFora da Rede
Turbina Francis
COMPONENTES DE UM SISTEMA HIDROELÉTRICO
Barragem
Comportas
Casa de Força
Linha de
transmissãoGerador
Turbina
Tubo de dreno
Adução
Cabeceira
Corredeira
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Mercado de Pequenas Mercado de Pequenas HidroelétricasHidroelétricas
• 19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas e grandes hidroelétricas19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas e grandes hidroelétricas
• No mundo: No mundo: 20.000 MW instalados (potência < 10 MW) Previsão: 50.000 a 75.000 MW em 2020
• China:China: 43.000 plantas existentes (potência < 25 MW) 19.000 MW instalados Além de 100.000 MW econ. viáveis
• Europa:Europa: 10.000 MW instalados Além de 4.500 MW econ. viáveis
• Canadá: Canadá: 2.000 MW instalados Além de 1.600 MW econ. viáveis
Fontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro AtlasFontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro Atlas
Pequena Central Hidroelétrica
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Fotovoltaica (PV)Fotovoltaica (PV)Tecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
Sistema PV doméstico
Bombeio de água PVPrédio integrado conectado à rede PV
Células PV
Luz
Bateria
Acumulador
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Foto cedida por: Strong, Steven DOE/NREL
Foto cedida por: Tsuo, Simon DOE/NREL
Central de
Geração PV
Medidor
Geração
Distrubuída
Medidor
Rede
Elétrica
Mercado FotovoltaicoMercado Fotovoltaico
Instalações Anuais Fotovoltaicas no Mundo
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Capacidade Mundial instalada (2003): 2.950 MWp(~1,2 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano)
32% Aumento de encomendas 2003
Fonte: PV News
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Cogeração (CHP)Cogeração (CHP)
• Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, a partir de uma única fonte energéticaa partir de uma única fonte energética
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Eficiência da recuperação de calor (55/70) = 78,6%
Eficiência Total ((30+55)/100) = 85,0%
Gas de Exaustão
Calor
Calor + Exaustão
Sistema de Energia Gerador
Combustível
Carga
térmica
Carga
Elétrica
Eletricidade
Caldeira de
Recuperação
100 unidades
70 unidades
30 unid.
15 unidades
55 unidades
CogeraçãoCogeraçãoAplicações, Combustíveis e Aplicações, Combustíveis e EquipamentosEquipamentos
Máquina Alternativa para Geração de Energia
Várias Aplicações Vários Combustíveis
Vários Equipamentos
Biomass for CHP
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Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Foto cedida por: Gaz Metropolitan
Foto cedida por: Rolls-Royce plc
Ciclo de Coleta do Gás
do Aterro Sanitário
Sistema de tubos para coleta
do Gás
Filtro
Resfriador /
secadorProdução de Energia
Processo
Produção de Vapor
Compressor
Tocha
Cogeração Cogeração AplicaçõesAplicações
• Prédios individuaisPrédios individuais
• Comerciais e industriaisComerciais e industriais• CondominiosCondominios• Sistemas energéticos Sistemas energéticos
distritais (p.ex. distritais (p.ex. Comunidades) Comunidades)
• Processos industriaisProcessos industriais
Micro turbina em estufaCogeração à GFL para aquecimento distrital, Suécia
Cogeração, Prefeitura de Kitchener
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCanFoto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Cogeração Cogeração Tipos de CombustívelTipos de Combustível
Foto cedida por: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
Geiser Geotérmico
Biomassa para Cogeração
• Combustíveis RenováveisCombustíveis Renováveis Resíduos de madeira Gas de Lixo (LFG) Biogás Subprodutos agrícolas Bagaço Reflorestamentos etc.
• Combustíveis fósseisCombustíveis fósseis Gas natural Diesel (óleo tipo #2) Carvão, etc.
• Energia GeotérmicaEnergia Geotérmica• Hidrogênio, etc.Hidrogênio, etc.
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Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Cogeração Cogeração Equipmentos & TecnologiasEquipmentos & Tecnologias
• Equipamento de Equipamento de ResfriamentoResfriamento Compressores Chillers de Absorção Resfriamento livre
• Geração de eletricidadeGeração de eletricidade Turbina à Gás Turbina à Gás de ciclo
combinado Turbina à vapor Máquina Alternativa Célula de combustível Etc.
• Equipamento de CalorEquipamento de Calor Caldeiras Recuperadores de calor
Foto cedida por: Rolls-Royce plc
Turbina à Gás
Equipamento de Resfriamento
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Cogeração Cogeração MercadoMercado
Previsão de crescimento de 10 GW por anoPrevisão de crescimento de 10 GW por ano247 GW247 GWMundoMundo
Substituindo energia de carvãoSubstituindo energia de carvão0,5 GW0,5 GWÁfrica do África do SulSul
Maioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcarMaioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcar4,1 GW4,1 GWÍndiaÍndia
Ger. distribuída associada à instal. fora da redeGer. distribuída associada à instal. fora da rede2,8 GW2,8 GWBrasilBrasil
Fortes incentivos para energias renováveisFortes incentivos para energias renováveis4,9 GW4,9 GWInglaterraInglaterra
Mercado crescente para Cogeração municipalMercado crescente para Cogeração municipal11 GW11 GWAlemanhaAlemanha
Cerca de 30% da eletricidade de CogeraçãoCerca de 30% da eletricidade de Cogeração65 GW65 GWRússiaRússia
Cogeração predominantemente à carvãoCogeração predominantemente à carvão32 GW32 GWChinaChina
Em expansão, políticas de apoio p/ CogeraçãoEm expansão, políticas de apoio p/ Cogeração67 GW67 GWEEUUEEUU
Maioria para papel e celulose e indústria de óleoMaioria para papel e celulose e indústria de óleo12 GW12 GWCanadáCanadá
ComentáriosComentáriosCapacidadeCapacidadeRegiãoRegião
Fonte: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Energias RenováveisEnergias RenováveisTecnologias para Calor e Tecnologias para Calor e RefrigeraçãoRefrigeração
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Calor a partir da BiomassaCalor a partir da BiomassaTecnologia & Aplicações Tecnologia & Aplicações
Cavaco de Madeira
Planta de Calor
Prédios individuais e/ou aquecimento distrital
Foto cedida por: Wiseloger, Art DOE/NREL
Foto cedida por: Oujé-Bougoumou Cree Nation
• Combustão controlada de Combustão controlada de madeira, resíduos agrícolas, madeira, resíduos agrícolas, resíduos resíduos municipais, etc., para geração de municipais, etc., para geração de calorcalor
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
• No mundo:No mundo: A combustão de Biomassa fornece 11% das
Fontes Primárias de Energia (TPES) no mundo Mais de 20 GWth de sistemas de aquecimento à
combustão controlada
• Países em desenvolvimento:Países em desenvolvimento: Cocinação, aquecimento Nem sempre sustentável Africa: 50% da TPES India: 39% da TPES China: 19% da TPES
• Países industrializados:Países industrializados: Calor, eletricidade, fogões à lenha Finlandia: 19% da TPES Suécia: 16% da TPES Áustria: 9% da TPES Dinamarca: 8% da TPES Canadá: 4% da TPES EEUU: 68% de todos os renováveis
Mercado de Calor a partir da Mercado de Calor a partir da BiomassaBiomassa
Fonte: Ingwald Obernberger citing the Chamber of Agriculture and Forestry, Lower Austria
Foto: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST
Câmara de combustão
Fonte: IEA Statistics– Renewables Information 2003, Renewable Energy World 02/2003
01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000
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2002
01.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.000
New Installations of Small Scale (<100 kW) Biomass Heating Systems in Austria
Novas Instalações de Pequenos Sistemas de Aquecimento à Biomassa (< 100 kW) na Áustria
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Aquecimento Solar do ArAquecimento Solar do ArTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
• Coletor não Coletor não envidraçado para pré-envidraçado para pré-aquecimento do araquecimento do ar
• O ar frio é aquecido O ar frio é aquecido quando passa pelos quando passa pelos pequenos orifiícios na pequenos orifiícios na placa metálica de placa metálica de absorção (Solarwallabsorção (SolarwallTMTM) )
• Um ventilador circula o Um ventilador circula o ar quente pelo prédioar quente pelo prédio
Painel
solar
perfurado
Ar
Fresco
Difusor da
parede
Ventilador
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• Pré aquecimento do ar de Pré aquecimento do ar de ventilação, dos prédios ventilação, dos prédios com grandes volumes de com grandes volumes de ar frescoar fresco
• Também para secagem Também para secagem da colheitada colheita
• Custo competitivo para Custo competitivo para prédios novos ou grandes prédios novos ou grandes reformasreformas
Prédio Industrial
Secagem solar da colheita
Foto cedida por: Conserval Engineering
Mercado para Aquecimento Mercado para Aquecimento Solar do ArSolar do Ar
© Ministério de Recursos Naturais do Canadá 2001 – 2005.
Foto cedida por: Conserval Engineering
Aquecimento Solar da ÁguaAquecimento Solar da ÁguaTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
• Coletores Envidraçados e não envidraçados Coletores Envidraçados e não envidraçados
• Armazenamento de Água (tanque ou piscina)Armazenamento de Água (tanque ou piscina)
Prédios Comerciais/Institucionais e Piscinas Aquacultura – Viveiro de Salmão
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Mercado para Aquecimento Mercado para Aquecimento Solar da ÁguaSolar da Água
• Mais de 30 milhões de mMais de 30 milhões de m22 de de coletores pelo mundocoletores pelo mundo
• Europa:Europa: 10 milhões de m2 de coletores em
operação
Crescimento anual de 12%
Alemanha, Grécia e Áustria
Meta para 2010: 100 milhões de m2
• Forte mercado mundial para Forte mercado mundial para aquecedores solares de piscinasaquecedores solares de piscinas
• Barbados possui 35.000 sistemasBarbados possui 35.000 sistemas
Foto cedida por: Chromagen
Prédios Residenciais
Conjuntos Residenciais e Piscinas
Fonte: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory
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Aquecimento Solar PassivoAquecimento Solar PassivoTecnologia & AplicaçõesTecnologia & Aplicações
• Fornecimento de 20 a Fornecimento de 20 a 50% do aquecimento 50% do aquecimento ambiental necessário ambiental necessário na temporada de na temporada de aquecimentoaquecimento
• Ganhos solares obtidos Ganhos solares obtidos com janelas de alto com janelas de alto rendimento rendimento direcionadas para o direcionadas para o EquadorEquador
• Armazenam calor na Armazenam calor na estrutura do prédioestrutura do prédio
• Utilizam sombra para Utilizam sombra para reduzir ganhos do calor reduzir ganhos do calor do verãodo verão
Inverno
Verão
Foto: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website)
Aquecimento solar passivo de apartamentos
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Mercado para Mercado para Aquecimento Solar PassivoAquecimento Solar Passivo
• Uso de janelas eficientes é Uso de janelas eficientes é prática comum nos prática comum nos padrões atuais de padrões atuais de aquecimento solar passivoaquecimento solar passivo
• Para novas construções – Para novas construções – acréscimo mínimo de acréscimo mínimo de custoscustos Janelas de Alta eficiência Orientação do Prédio Sombra adequada
• Custo competitivo para Custo competitivo para novos prédios e reformasnovos prédios e reformas
Prédios comerciais
Prédios residenciais
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Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Foto cedida por: DOE/NREL
Bomba de Calor de Fonte Bomba de Calor de Fonte Subterrânea Tecnologia & Subterrânea Tecnologia & AplicaçõesAplicações
• Resfriamento e Resfriamento e aquecimento de aquecimento de água/ambientalágua/ambiental
• Eletricidade opera em Eletricidade opera em ciclo de compressão a ciclo de compressão a vaporvapor
• Calor extraído do solo no Calor extraído do solo no inverno e rejeitado do inverno e rejeitado do solo no verãosolo no verãoHorizontal Ground-Loop
Loop Vertical no solo
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Mercado para Mercado para Bomba de Calor de Fonte Bomba de Calor de Fonte SubterrâneaSubterrânea
Prédios Comerciais, Industriais e Institucionais
Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL
GSHP Residencial • No mundo:No mundo: 800.000 unidades instaladas Capacidade Total de 9.500
MWth
Taxa de crescimento anual de 10%
• EEUU: 50.000 instalações EEUU: 50.000 instalações anualmenteanualmente
• Suécia, Alemanha e Suiça são Suécia, Alemanha e Suiça são maiores mercados Europeusmaiores mercados Europeus• Canada:Canada:
30.000+ unidades residenciais
3.000+ unidades industriais e comerciais
435 MWth instalados
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Outras Tecnologias de Outras Tecnologias de Energia Limpa ComerciaisEnergia Limpa Comerciais
• Combustíveis: etanol e biodieselCombustíveis: etanol e biodiesel
• Sistemas eficientes de refrigeraçãoSistemas eficientes de refrigeração
• Motores de velocidade variávelMotores de velocidade variável
• Sistemas de iluminação e Luz do dia Sistemas de iluminação e Luz do dia eficienteseficientes
• Recuperação de calor de ventilaçãoRecuperação de calor de ventilação• OutrosOutros Foto cedida por: David and Associates
DOE/NREL
Foto cedida por: Robb Williamson/ NREL Pix
Iluminação eficiente e Luz do dia
Combustível oriundo de resíduo agrícola
Refrigeração eficiente no Rinque de Patinação
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Tecnologias de Energia Limpa Tecnologias de Energia Limpa EmergentesEmergentes
• Energia térmica SolarEnergia térmica Solar
• Energia térmica OceânicaEnergia térmica Oceânica
• Energia das marésEnergia das marés
• Energia das correntes Energia das correntes oceânicasoceânicas
• Energia das ondasEnergia das ondas
• etc.etc. Foto cedida por: Sandia National Laboratories DOE/NREL
Planta de Energia Solar através de Parabólicas
Receptor central da Planta de Energia Solar
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Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
• Existem oportunidades Existem oportunidades de retorno comprovadode retorno comprovado
• Muitos casos de Muitos casos de sucessosucesso
• Mercado em expansãoMercado em expansão
• Estão disponíveis Estão disponíveis oportunidades para a oportunidades para a eficiência energética e eficiência energética e recursos para energias recursos para energias renováveisrenováveis
Foto cedida por: Michael Ross Renewable Energy Research
Foto cedida por: Price, Chuck
Sistema Hibrido Parks Canada de PV-Eólica (Arctico em 81°N)
Telefone PVFoto cedida por: Nordex Gmbh
Instalação de turbina eólica de 600 kW
ConclusõesConclusões
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Perguntas ?Perguntas ?
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