apresentação fontes alternativas de energia tecnologias e processos

1 Engo. Zacar ias L inhares [email protected]

II Simpósio de

Engenharia do Piauí

I N S T I T U T OC A M I L O F I L H O

“Novas tecnologias

aplicadas à

Engenharia Civil.”

2

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

Tecnologias e Processos

Novembro - 2013

Teresina – PI.

Engo. Zacar ias L inhares [email protected]


ESTRATEGIA DE DESENVOLVIMENTO


Inesgotável

fonte de

energia


Fontes

alternativas

ou fontes

renováveis


P

R

I

M

Á

R

I

A

s

S

E

C

U

N

D

Á

R

I

A

S


Energia Geotérmica


Energia GeotérmicaNão poluente; pouca

demanda de espaço,

reduzido impacto ambiental.

Só disponível em regiões

vulcânicas.

(Ex.: Açores – Portugal)


Energia Geotérmica(centrais compactas)

Rocha quente

(650oC a 1200oC)

5km

Energia limpa Disponível 24h/365dias

Recurso vasto

Furo de produção

Furo de reconhecimento

0

Central

geotérmica

Independência

energética

Pressão elevada

Furo

de

Injeção


Energia Gravitacional/Solar Oceânica


Energia Gravitacional/Solar Oceânica(Anacondas ou Pelamis)

O movimento nas

articulações

aciona geradores

de energia.

Cabos submarinos

conduzem a

energia à Terra.

1 km² de oceano → 24MW

(20.000 habitações)


Energia Gravitacional Oceânica(Anaconda ou Pelamis)

É uma energia renovável;

Não polui;

Independentes das condições da costa.

Vantagens

(Solar)



- A 5km da costa

de Portugal.Instalação

1o parque comercial → energia "limpa"

(capaz de atender 350 mil casas).

(Solar)



- Potência reduzida;

- Requer ondas amplas.

- Impossibilita a navegação.

- Longevidade limitada dos materiais.

Desvantagens

(Solar)


Energia Gravitacional/solar Oceânica(Anaconda ou Pelamis)

Perpendiculares

ao sentido das

ondas

Anacondas = Atenuadores



Há um protótipo de borracha em teste (Universidade de Southampton, Inglaterra)

(Solar)


Energia Gravitacional Oceânica(Conversor oscilante)

Movimenta-se para frente e para trás

bombeando a água a ser pressurizada.(Fig: Oyster 800 → Power Aquamarine → Edimburgo).

P = 800 kW

Dimensões:

comprimento = 26 m; h = 12 m.

(Solar)


Energia Gravitacional Oceânica(Colunas oscilantes = OWCs: Oscillating Water Columns)

A oscilação comprime depósitos de ar,

que acionam uma turbina para produzir

eletricidade.

Tem uma cavidade aberta ao mar

abaixo da linha d'água.

Voith Hydro Wavegen - OWC de 300 kW

em Mutriku, na Espanha.

(Solar)


Energia Gravitacional Oceânica(Por queda)

Coleta de energia das ondas pela queda da

água.

Produção de 12 MW

(reservatório > de 100m de diâmetro).

Empresa Wave Dragon (Dinamarca)

(Solar)


Energia Gravitacional/solar Oceânica(Ondomotriz)

FORTALEZA PORTUGAL

Póvoa de

VarzimPecém.



Protótipo de 5,5kW→ Wave Star

20 flutuadores hemisféricos

(24m de comprimento)

Nissum Bredning (Dinamarca)


Energia Gravitacional Oceânica(Ondomotriz)

- Alto potencial energético.

- Variedade de sistemas.

- Flexibilidade a diferentes ambientes.

Vantagens

(Solar)



- Alto custo

de produção.

Desvantagem



Está no fundo do

mar, a 900 m da

costa

(Portugal).

Waveroller (de origem finlandesa)

Dimensões:

C = 43 m;

L = 18m;

H = 12m.

Pás gigantes

oscilam com as

ondas que lhe

passam por

cima.

600 toneladas

€ 6,5 milhões


Energia Gravitacional/solar Oceânica(Turbinas submersas)

Utiliza a força das

correntes submarinas

Maior turbina do

mundo = 1MW =

1000casas

(Ilhas Orkeney → Escócia)

Hélices de 18 m de diâmetro

130 toneladas

De 6 a 8 RPM


Escócia → usina para

produção

de energia

no fundo

do mar

Empresa Scottish Power Renewables

Ilha de Islay

10 turbinas = 10MW

5 mil residências


Energia Gravitacional/solar Oceânica(Bóias submersas)

Gera energia e

dessaliniza água do

mar

Tecnologia em

desenvolvimento pela

Carnegie Wave

Energy LimitedAustrália

As boias oscilam com

as ondas e suas

bombas pressurizam a

água.


Energia Gravitacional Oceânica(Boias flutuantes = PowerBuoy)

Ponto

observador

(Grã

Bretanha)

A

oscilação

bombeia a

água para

os cilindros.

Cilindros de

pressurização

(h = 41m d = 11m)

(Solar)


Energia Gravitacional Oceânica(Rio de Janeiro = Copacabana)

Conversor Offshore

14 km da praia de Copacabana (Ilha Rasa)

P = 100 kW (200 residências).

Parceria Furnas e a Seahorse Wave Energy

Previsão de conclusão: 2015

(turbinas a 20m de profundidade)

(Solar)


Energia Gravitacional Oceânica(França → La Rance)

Sistema

de

barragem(Solar)


Energia Gravitacional/solar Oceânica(França → La Rance)

24 turbinas de

10 MW (cada)

750m de extensão e 13m de altura


Energia

Gravitacional Eólica


Energia Gravitacional Eólica(Usina eólica – Pedra do Sal)

18MW

Torres de 75m

20 aerogeradores

(Solar)


Energia Gravitacional /solar Eólica(Vantagens)

Fonte renovável;

Não poluente;

Custo em declínio.

Parque Eólico Modelo - 1,2 MW - Mucuripe, Fortaleza


Energia Gravitacional/solar Eólica(Desvantagens)

Poluição sonora;

Poluição visual;

Inferem na migração de pássaros.

Compenhague - Dinamarca


Energia Gravitacional / solar Eólica(Ceará)

250 torres;

14 Parques;

Produção de 500 MW.

Atendimento a 2,5

milhões de

pessoas.


Energia Gravitacional / solar Eólica(Ceará)

Pinst. = 16,5MW

8 aerogeradores;

57,6 GWh/ano.

Parque Eólico Taíba – Pecém


Nacele


Energia eólica residencial

Arquitetura e

sustentabilidade


Energia eólica

residencial

2,5kW;

800kWh/mês;

Uso: 20 anos;

R$ 31.572,00

Sem

manutenção

Monitoramento

Wi-Fi


Energia eólica

Predial

Bahrain

World Trade

Center


Energia eólica

Predial

3 x turbinas de

225kW = 675kW

(1,3 GWh/ano)

Diâmetro = 29m

Atenderiam a 300 casas populares


Energia eólica

Predial

3 turbinas

Total = 50MWh/ano

(8% de seu consumo)

Strata Building (Londres)


Energia eólica no estádio Castelão

2 Aerogeradores

(2MW – cada)


Energia Gravitacional/solar Hidráulica

A água deve ter

força suficiente

para girar as

turbinas.



Recurso natural renovável;

Água a custo zero;

Energia de baixo custo;

Longevidade.

Vantagens

Relativamente

não

Poluidora.


Processo



Altera a paisagem;

Causa impactos

ambientais.

Desvantagens



Turbinas



20 turbinas de 700MW;

3 vertedouros;

Geração > 92TWh/ano;

Lago: 1.350km²;

P = 14GW.

100% da energia do

Paraguai

19% da energia do

Brasil

3 Gargantas

= 79,4TWh/anoParedão

de 196m



Dutos para as

turbinas



Boa Esperança

Rio Parnaíba;

Guadalupe;

Barragem: 53m;



P inst = 237,3MW;

2 UG de 55GW;

2 UG de 63,65GW;

3 trafos de 70MVA e 1 de 60MVA.

Boa Esperança

Unidade GeradoraUnidade Geradora13,8kV/230kV.



Três Gargantas


Energia Solar Biomassa(Processos de transformação em energia)

Pirólise;

Gasificação;

Combustão;

Co – combustão:

Exposição a T (oC)

extremas, na

ausência de O2.

Acelera a

decomposição.

Produz gases,

óleos e carvão

vegetais.



Pirólise;

Gasificação;

Combustão;

Co – combustão:


extremas, na

ausência de O2.

Exige T (oC) < do

que a Pirólise.

Produção

exclusiva de gás.



Pirólise;

Gasificação;

Combustão;

Co – combustão.


extremas, na

presença de O2.

Produção de

vapor a elevada

pressão.



Pirólise;

Gasificação;

Combustão;

Co – combustão.

Biomassa nas

termoelétricas.(substitui o carvão

mineral)


Energia Solar Biomassa(Vantagens)

Baixo custo de aquisição;

Não emite dióxido de enxofre;

Cinzas menos agressivas ao meio;

Menor corrosão dos equipamentos;


Energia Solar Biomassa(Vantagens)

Menor risco ambiental;

Recurso renovável;

Não contribue para o efeito estufa.


Energia Solar Biomassa(Desvantagens)

Menor poder calorífico;

Geração material particulado para o ar;

Maior custo de caldeira e equipamentos;


Energia Solar Biomassa(Desvantagens)

Dificuldades no

estoque e

armazenamento.

Palha do arroz

para a obtenção

de energia.


Energia Solar

Biomassa(Caldeira)

Caldeira

Gerador

CondensadorÁgua

Fornalha

TurbinaVapor


Energia

Solar

Biomassa(Biodigestor)

1. Excrementos

animais e restos de

alimentos

misturados com

água no

alimentador

2. No biodigestor, as bactérias

processam o lixo

transformando-o em gás

metano e adubo

3. O metano

alimentar um

gerador

4. Sobra

fertilizante


Bexigão (Biodigestor anaeróbio)

EMBRAPA, Centro Estadual de Educação

Tecnológica Paula Souza, Firestone Building

Products Latin America e Ecosys

Saneamento básico, Produção de bioenergia e Biofertilizante.

Cabrália Paulista (SP)

C = 50m;

L = 4m;

V = 250m³;

Geomembrana

de borracha.

Produção diária

Biogás: 13m³

Fertilizantes: 6m³

Tratamento de

resíduos

orgânicos


2020

biomassa =

20% da

matriz

energética

brasileira

Energia da biomassa


Geração de

energia

elétrica

Potencial autorizado: 1.376,51MW


Bagaço de cana-de-açúcar (1.198,2 MW).

Geração de

energia

elétrica

Resíduos de madeira (41,2 MW);

Biogás ou gás de aterro (20 MW);

Licor negro (117,1 MW).

Restante


Geração de

energia

elétrica

Projeções da Agência Internacional de Energia

para a biomassa na geração mundial de

eletricidade: 27 TWh em 2020

Em 95:

10TWh


Energia

NuclearGerador

Trocador

de calor

Condensador

Turbina

Gerador

de vapor

Varetas de

Urânio

Circuito

primário de

água

Reator


Central Nuclear

Almirante Álvaro

Alberto (CNAAA)

Eletrobras

Termonuclear -

Eletronuclear

Angras I e II

2.007 GW


50% da energia

consumida no Rio de

Janeiro

Passará a 80%

quando Angra III for

ativada.

Angras III

1.405 MW


Angra III

(canteiro

de obras)

10 milhões de MWh / ano


ENERGIA NUCLEAR - Vantagens:

Não contribui para o efeito estufa;

Não polui o ar;

Com gases de

enxofre, nitrogénio,

particulados, etc.


ENERGIA NUCLEAR - Vantagens:

Não utiliza grandes áreas de terreno;

Não depende da sazonalidade climática

(nem das chuvas,

nem dos ventos);


Pouco impacto sobre a biosfera;

Grande disponibilidade de combustível;

É a fonte mais

concentrada

de geração de energia;


Baixa geração de resíduos radioativos;

Tecnologia do processo bem desenvolvida;

Baixo risco de transporte

do combustível;

Não necessita

de baterias.

Significativamente

menor quando

comparado ao do gás

e do óleo.


ENERGIA NUCLEAR - Desvantagens:

Necessidade de armazenar o resíduo

nuclear em locais isolados

e protegidos;



Necessidade de isolar a central após o seu

encerramento;

Relativamente cara;

Resíduos radiativos

com decaimento secular;



Dificuldades no armazenamento dos

resíduos;

Pode interferir

com ecossistemas;

Risco de acidente na central nuclear.


Construção rápida;

Próximas aos centros consumidores;

Baixo custo de instalação;

Sem perdas de transporte;

VanTERMELÉTRICA - Vantagens:


VanTERMELÉTRICA - Vantagens:

Alternativa nas

contingências

de geração.


VanTERMELÉTRICA - Desvantagens:

Contribui para o Efeito Estufa;

Alto custo de produção;

Alto consumo

de água.

Óleo

diesel.


Van


Sistemas fotovoltaicos(Fontes renováveis)

Tecnologia composta por uma

placa solar formada por

células fotovoltaicas

de silício.



Há conversão de luz

diretamente

em eletricidade.



A conversão

não provoca

desgaste

de material.

Baixo custo de

manutenção;

Durabilidade

ilimitada.

Austrália


Sistemas

fotovoltaicos


Freibourg

(Alemanha)

Freibourg

(Alemanha)


Energia

termossolar


1ª usina

termossolar

2.400MW

Sanlúcar la Mayor

(Sevilha)


Processo


Torre solar

(h = 1km)

200MW

Sunraysia (Austrália)


Processo

32 turbinas

Até

50km/h


Higroeletricidade


Higroeletricidade

Coleta da

energia contida

em gotículas

de água em

suspensão na atmosfera.

Fernando Galembeck - Unicamp

(25/08/2010) Reunião da American Chemical

Society (ACS) – Boston - USA.


Combustível composto principalmente de metano (CH4).

Aterro

Estação de

compressão e

queimador

Gerador

Transformador

Transporte

Selo de águaLixo

orgânico


Processo


Queimador de

biogás para

aterro sanitário

- série UF10

Até 6.000m³/h

(~ 8.400kWh)


Usina Verde

UFRJ

Processa 30T/dia de lixo;

Atualmente produz 700kW;

(2.300 residências)

Meta: 2MW;

90% do peso de lixo é

transformado em energia.


Aterro

sanitário

Bandeirantes

– S.P

Usina Termelétrica Bandeirantes

É a maior do mundo.(Capacidade=175 mil MW/ano)

A energia do lixo


Usina privada

em Duque de

Caxias RJ

Aterro de Gramacho

311MWh

(5,6 milhões de

casas)

Ao lado da Via Dutra


Tinta que gera energia elétrica

Universidade de Notre Dame - USACapta a energia solarCasa = painel solar.

http://nd.edu/


Tinta solar

Pode ser

pulverizada em

tetos, paredes ou

janelas para

produção de

energia solar.

Fabricantes

prometem

lançamento

para breve.


Telhas fotovoltaicas

http://www.engenhariae.com.br/wp-content/uploads/2013/03/04tegola_fotovoltaica.jpg

http://www.engenhariae.com.br/wp-content/uploads/2013/03/04tegola_fotovoltaica.jpg


Integração com a construção;

Eficiente;

Esteticamente

compatível.

As telhas = pequenos

painéis solares


Telha solar fotovoltaica


Célula solar Austrália

Uma impressora

imprime células

solares no

tamanho A3.


Célula solar – Inventores da impressora

Victorian Organic

Solar Cell

Consortium

CSIRO;

Universidade de Melbourne.


Célula solar – Impressora

Transforma plástico e

metal em painéis

solares flexíveis


Energia elétrica

a partir do esgoto


Energia elétrica a partir do esgoto

Cientistas americanos

produzem energia

limpa a

partir de águas sujas.

Consiste

em utilizar micróbios

para obter

eletricidade.


Água da privada gera energia elétrica

Ideia do engenheiro

Ambiental

Bruce Logan.

Os micróbios produzem

energia a partir dos

compostos orgânicos.


Usina nuclear flutuante - Rússia

Poderá haver

uma frota de

usinas nucleares

Flutuantes. Academician Lomonosov


Primeiro edifício mantido com algas

Fachada

bioreativa.

(segunda “pele”

nas faces

expostas ao sol).

HamburgoA alga vira

biomassa a ser

queimada para

mover turbina.


PiezoeletricidadeEnergia do movimento


Piezoeletricidade

Placas de cristais

piezoelétricos

embutidas no

asfalto

Pela pressão e

relaxamento


Piezoeletricidade

Alternativa de energia

limpa e

ambientalmente correta.

Disco cristal cerâmico

piezoelétrico


Cidade de

Haifa,

norte de

Israel

Uma faixa

de 1km

produz

0,5MWh

(600 casas)


Tapete

que gera

energia

Cada pisada produz

7 watts

Britânico


Lama do porto para

gerar energia

Rio Grande – Rio Grande do Sul


Lama do porto para gerar energia

Fundação Universidade Rio Grande.

A lama dragada do porto é transferida para reatores

para produção de energia.

A decomposição do material orgânico da lama

produz elétrons que carregam baterias.

580MW


Lama do porto para gerar energia

Altas concentrações de bactérias.

Alimentam-se de restos de

peixes, algas e vegetais. Micróbio

elétrico


Ondas

eletromagnéticas do

ambiente


Ondas eletromagnéticas do ambiente

Captadas por antenas

Impressas em papel.

Transformadas em energia

elétrica.

Antena de Dr. Manos Tentzeris,

da Universidade da Geórgia, USA

Tinta

condutora


Colheita de energia

Extração de energia do ambiente.

Energia disponível na forma

de luz, vibrações, calor,

ondas de rádio e WiFi.

Por antenas

impressas


Recarregue o celular ao

respirar


Nano gerador gera

eletricidade a partir da

respiração


Universidade Winsconsin-

Madison, USA

Dispositivo converte o fluxo de ar da

respiração humana em energia elétrica.

Xudong Wang


Pesquisadores japoneses

Roupa capaz de gerar energia

Tecido capaz de transformar

a luz do Sol em energia elétrica.


Mesa de musgo

Energia elétrica

a partir da

Fotossíntese.

Universidade de Cambridge

(Reino Unido)


Mesa de musgo

Mesa

biofotovoltaica

As bactérias quebram os bioprodutos da fotossíntese e

liberam elétrons para as micro baterias.

Pontos para

conexão.


Célula a combustívelTransdutor

eletroquímico.

Converte energia

química em

energia elétrica

Ao combinar um

átomo de O a 2

átomos de H

produzindo água

2


Chip com

micromáquina

coleta energia do

ambiente

Transforma em

eletricidade a

vibração do

ambiente

Universidade de Furtwangen - Alemanha


Carregadores

indutivos para

celulares

Criam um campo

magnético e

convertem em

eletricidade.


Presos em MG

pedalam para

produzir energia

elétrica e reduzir

suas penas.

Cada 16h de

pedalada = 1 dia

de pena a menos

A transformação

se faz por uma

polia ligada a um

alternador.

(carrega baterias)P = 150W/bicicleta = 1 TV LED 42” = 40 celulares


“ambient backscatter”

Conversão de

sinais de TV e

de WiFi em

eletricidade.

Universidade de

Washington - USA


Melhor solução.


O assunto não se esgota aqui!


Obrigado!

apresentação fontes alternativas de energia tecnologias e processos

Engineering