análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na ilha de porto santo

Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEG | Setembro 2007

análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo

análise da viabilidade de um análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia sistema híbrido de energia renovável na ilha de Porto renovável na ilha de Porto

SantoSanto

análise da viabilidade de um análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia sistema híbrido de energia renovável na ilha de Porto renovável na ilha de Porto

SantoSanto

Liliana DominguesMEPEA | ISEG | Setembro 2007



1. agenda......................................................................

1. agenda......................................................................

• objectivos• enquadramento• caracterização do objecto de estudo• caracterização do sistema de energia • caracterização da ferramenta de análise• aplicação do modelo • considerações finais



2. objectivos..............................................................

2. objectivos..............................................................

obter a informação suficientemente clara para que seja possível aferir os custos/benefícios envolvidos na instalação de um

sistema de abastecimento de energia eléctrica por meio dos recursos energéticos renováveis com maior expressão na Ilha

de Porto Santo

• avaliar a viabilidade da instalação de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo



3. enquadramento....................................

3. enquadramento....................................

Regiões remotas Regiões remotas e insularese insulares

Reduzida dimensãoReduzida dimensãoEscassez de recursosEscassez de recursos

IsolamentoIsolamentoFragilidade ecológicaFragilidade ecológica

Elevada dependência externaElevada dependência externa

Elevada Elevada abundância abundância de recursos de recursos energéticos energéticos renováveisrenováveis

Elevada propensão para a introdução de tecnologias de aproveitamento de energias

renováveis

Aumento seg. no Aumento seg. no abastecimentoabastecimento

Criação de novos Criação de novos empregosempregos

Diminuição da Diminuição da emissão de GEE´semissão de GEE´s

Intermitência Intermitência das energias das energias renováveisrenováveis

Restrições na Restrições na regulação da regulação da

energia produzidaenergia produzida

Armaz. Armaz. energiaenergia

Comb. de Comb. de várias várias

energiasenergias



4. metodologia................................................

4. metodologia................................................

Análise de viabilidade do sistema híbrido de energia

Definição e delimitação do objecto de estudo

Levantamento das características do objecto de estudo

Selecção do tipo de sistema híbrido de energia

Selecção do software a utilizar

Internet

DREM, AREAM, Internet

PV+Eólico+H2

HOMER

HOMER


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 5. ilha de porto santo............................5. ilha de porto santo............................

Caracterização Geográfica• 33º de latitude Norte e 16º de longitude

Oeste • superfície de 42,5 Km2 • baixa pluviosidade e temperaturas

amenas • muito plana (montanhosa na zona

setentrional)• solo arenoso muito pobre em nutrientes



Caracterização Sócio-Económica

• população residente ~5.000 hab. (15.000 a 20.000 em época alta)

• inserida numa região com um dos PIB per capita mais elevados do país

• um único concelho e freguesia • predomínio do sector terciário• poucas empresas e de pequena dimensão



Caracterização Sócio-Económica

Cond. Físicas

Limitações

Act. agrícola

Povoamento

Infra-est. básicas

Rede serviços

dependente do transportemarítimo e aéreo

elevada dependência doexterior

restrições no acesso ainfra-estruturas

restrições de acesso às redestransporte de energia

insuficiente qualificação dos rec. humanos

elevada sensibilidade ambiental



Caracterização Energética• consumo electricidade = 36,3 GWh em

2006 (crescimento em 89,5% em relação 2000)

• aumento substancial da procura nos meses de Verão

Fonte: EEM, 2007



Caracterização Energética

• Fontes de energia primária: termoeléctrica + eólica

Fonte: EEM, 2007

3111N.º centrais

36,310,734,6Emissão (GWh)

37,5-0,736,8Produção (GWh)

24,10,70,523,0Potência instalada (MW)

EólicaEólicaTérmicaTotal

EEREEMEEMElementos

SISTEMA ELECTROPRODUTOR EXISTENTE

Fonte: EEM, 2007



Caracterização do Potencial Energético

• Potencial eólico elevado, sobretudo a 40 m

Potencial eólico da Ilha de Porto Santo a 10 m (à esq.) e a 40 m (à dir.)

Fonte: LASEF, 2005



Caracterização do Potencial Energético

• Potencial solar elevado

Radiação solar média diária da Ilha de Porto Santo

Fonte: LASEF, 2005

• Potencial hídrico desprezável, dada a escassez de água (ao contrário da Ilha da Madeira)

• Potencial da biomassa muito pouco expressivo, dadas as características geomorfológicas e o tipo de vegetação existente


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 6. sistema híbrido de energia........6. sistema híbrido de energia........

Recursos

Vento

Sol

Electricidade

Tecnologias Commodities

Aerogeradores

Painéis solares

Pilha Combustívelou Bateria


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 6. sistema híbrido de energia........6. sistema híbrido de energia........

• Fornece electricidade à rede em contínuo durante 24 horas/dia

• Oferece melhor eficiência, mais flexibilidade de planeamento e maiores benefícios ambientais comparativamente com o sistema actual

• Fornece a oportunidade de expansão da sua capacidade, caso a procura de energia futura assim o exija


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 7. software aplicado.......................7. software aplicado.......................

• HOMER – modelo desenvolvido pelo NREL

• modelo de optimização e de sensibilidade para avaliar a viabilidade técnica e económica de várias opções tecnológicas

• simula a operação de um sistema através do cálculo do balanço energético para cada uma das 8760 horas do ano

• compara a quantidade de energia procurada com a energia que o sistema produz a essa hora


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 8. aplicação do HOMER................8. aplicação do HOMER................

Método aplicado

HOMERHOMER

Inputs OutputsDiagrama de carga horáriaCustos iniciais dos componentesRadiação solar diáriaVelocidade do vento médiaTx juro e período

Conjunto de configurações ordenadas pelo custo - optimização

Análise de sensibilidade



Resultados obtidos - Inputs

Diagrama de carga horária

média anual é igual a 111,557 kWh/d



Resultados obtidos - InputsCustos painéis solares Custos aerogeradores

Dimensão do sistema: 0 a 300.000 kW Tempo vida útil: 20 anos

Dimensão do sistema: 0 a 200 unidades Tempo vida útil: 15 anosModelo aerogeradores: ENERCON E48

Custos do armazenamento H2, bateria e conversor



Resultados obtidos - InputsRadiação solar diária / mês Vel. do vento média mensal

radiação solar média anual igual a 5,58 kWh/m2/d

não se considerou variação da radiação

velocidade média anual do vento 5,9 m/s

considerou-se variação da velocidade

• tx juro real = 11%• tempo vida útil = 20 anos

• emissões GEE = 0• capacidade de armaze. = 90%



Resultados obtidos – Outputs Optimização Elementos/Parâmetros Valores

Dimensão do módulo solar (kW) 20.000

Dimensão do módulo eólico (n.º aerogeradores) 20X660

Dimensão da pilha de combustível (kW) 20

Dimensão da bateria 0

Dimensão do conversor (kW) 10.000

Dimensão do electrolizador (kW) 10

Dimensão do depósito de armazenamento de H2

Custos de capital (€) 99.099.906

Custos de operação e manutenção (€/ano) 1.592.173

VAL (€) 112.508.776

COE (€/kWh) 0,478

Ren. Frac. 1

Capacidade de armazenamento 0,35



Resultados obtidos – Outputs Optimização

ComponentesCustos

Capital (€)

Custos de Substituição

(€)

Custos O&M

(€)Total (€)

Fotovoltaicos 76.291.035 8.316.123 4.929.260 85.868.064

Aerogeradores 15.441.176 2.766.234 6.192 17.888.861

Pilha de Combustível

44.117 0 0 41.176

Conversor 7.352.941 1.536.796 25.079 8.734.405

Electrolizador 14.705 3.073 0 17.418

Total Sistema 99.099.905 12.681.786 4.960.531 112.508.800



Resultados obtidos – Outputs Optimização

Cash-flow positivo a partir do 25º ano, deixando de ser negativo para os aerogeradores e conversor a partir do 20º ano

Energia total produzida = 87.711.592 kWh/ano (55% aerogeradores)Carga de energia primária assegurada = 30.031.990 kWh/ano

Excesso de electricidade produzida = 57.679.456 kWh/ano

configuração composta apenas por 20 aerogeradores: carga de energia primária obtida = 24.407.472 kWh/ano

configuração composta por painéis fotovoltaicos: carga de energia primária obtida = 16.592.799 kWh/ano



Resultados obtidos – Outputs Sensibilidade• não se verificam alterações na hierarquia dos

sistemas com menor VAL qualquer que seja o cenário (velocidades médias anuais: 4; 4,45; 7 e 8 m/s)

• carga de energia primária assegurada é inferior à obtida para o cenário central (5,9 m/s) para os cenários de 4 e 4,5 m/s

• carga de energia primária assegurada é superior à obtida para o cenário central (5,9 m/s) para os cenários de 7 e 8 m/s



9. dificuldades................................................

9. dificuldades................................................• não ter um conhecimento real e suficientemente

pormenorizado da tecnologia associada ao sistema seleccionado

• os custos de capital, de substituição e de O&M das tecnologias consideradas poderem não traduzir os custos reais das mesmas

• não se ter analisado uma possível configuração do sistema híbrido de energia que contemplasse a central termoeléctrica, nem a ligação à rede

• o período de simulação para o sistema seleccionado ter sido enorme (129:15h), o que constituiu um factor limitativo


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 9. considerações finais................9. considerações finais................• é possível diminuir radicalmente a elevada dependência

em relação aos combustíveis fósseis, existindo várias configurações viáveis para o concretizar

• configuração com melhor custo-benefício é a constituída por painéis fotovoltaicos, aerogeradores, pilha de combustível e conversor, com o qual se consegue obter uma carga de energia primária apenas ligeiramente inferior à carga que satisfaz as necessidades energéticas

• no entanto, os custos de capital associados ao mesmo são muito elevados, podendo o investimento ser faseado (primeiramente investindo-se nos aerogeradores (já que produz mais energia a menor custo) e posteriormente nos painéis fotovoltaicos )


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 9. considerações finais................9. considerações finais................• HOMER é uma ferramenta extremamente importante para

a optimização de configurações de sistemas de energia híbridos, podendo desempenhar um papel extremamente relevante no planeamento do abastecimento energético, sobretudo à escala de regiões remotas e insulares

• para uma melhor análise da viabilidade da combinação das tecnologias de conversão e de armazenamento de energia é relevante efectuar análise conjunta com outros modelos: VIPOR, Hybrid 2, H2RES, ENEP, EnergyPlan e Hydrogens

• igualmente actuar ao nível político-estratégico de forma a serem ultrapassadas as barreiras legais, de mercado e as inerentes ao isolamento


análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo 9. considerações finais................9. considerações finais................

análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na ilha de porto santo

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