Energias Renováveis

Que futuro? Que potencial?

M. J. Marinho Cardoso Maio 08

Recursos energéticos – Que futuro

Se continuarmos com o desenvolvimento mundial como actualmente, no ano 2030: A procura mundial de energia será 50% superior

à actual, sendo 80% desse aumento para os combustíveis fosseis;

O preço médio do petróleo permanecerá muito acima dos 60 dólares o barril, vindo (tal como o gás natural) de regiões instáveis (actualmente, Maio 2008 fala-se que poderá vir a estabilizar no valor dos 140 dólares);

As emissões de dióxido de carbono aumentarão quase 60%.

Fonte: International Energy Agency, 2007 Report.

Recursos energéticos – Que futuro

Aquecimento Global: Só reduzindo emissões de

CO2 ao nível zero estabilizaria o clima, mas temperaturaglobal manter-se-ia elevada durante próximos 500 anos.

Fonte: Geophysical Research Letter, Carnegie Institute, California.

Em 2007 uma empresa americana com maior lucro desempre nos EUA, 40,6 mil milhões de dólares, 1287 dólarespor segundo,

Ajudou a financiar slogan, Dióxido de carbono: eleschamam-lhe poluição, nós chamamos-lhe vida,

… Mas também vai contribuir com 1,25 milhões de dólares

para estudo europeu armazenamento carbono, Novo gestor comprometeu-se a investir 20 mil milhões nos

próximos 5 anos em no desenvolvimento de novas fontes deenergia,

…

Recursos energéticos – Que futuro

Fontes de energia são recursos naturais:

- fontes renováveis;

- fontes não renováveis ou convencionais (fósseis e nuclear).

Energias Renováveis - Introdução

Energias Renováveis

São todas aquelas formas de energia cuja taxa deutilização é inferior ou igual à sua taxa de renovação.

As suas fontes podem ter origem:

Terrestre - geotérmica,

Gravitacional (Sol e Lua) - marés,

Solar - biomassa, solar térmica, solar fotovoltaica,hídrica, cinética do vento e das ondas.

Fontes de Energia Renovável Energia da Biomassa:

Sólida (Combustão, …), Líquida (BioEtanol, BioDiesel, …), Gasosa (Biogás, Biohidrogénio, …),

Energia Eólica, Aerogeradores, Aero-Bombas hidraulicas, Moinhos,

Energia Geotérmica: Alta Temp. (>150ºC, C.Elect.), Baixa Temp.

(C.Aquec.),

Energia Hídrica: Grandes c. hidroeléctricas, Mini-hídricas, Micro-h., Turbinas, rodas de água,

Energia Oceanos: Energia das Ondas: OWC, OB, … Energia das Marés: Corrente, Reservatório, (Energia das Correntes Marítimas), (Energia Térmica),

Energia Solar: Fotovoltaica, … Térmica activa, … Térmica passiva, …

Energias Renováveis - Introdução

Características das energias renováveis

Disponibilidade espacial elevada,

Elevada dispersão da capacidade produtiva,

Capacidade de se auto-regenerarem em curtosperíodos de tempo,

Geralmente reduzidos impactes ambientaisdecorrentes da sua utilização,

Menor produção de CO2/kWh que E. Fosseis mais que E.

Nuclear!,

Mais descentralizadas,

Tecnologia para a sua exploração menos desenvolvida,

Custos de produção mais elevados.

Características das energias renováveis

Fraca densidade energética,

Energia para Paris: 0,2 km2 nuclear, 91 km2 solar, 365 km2

hídrica, 454 km2 eólica e 3037 km2 biomassa,

Elevada intermitência, muito dependente das

condições meteorológicas (França):

Nuclear 85% 312d, Biomassa 75% 275d, Hídrica 38% 139d,

Eólica 25% 92d, Solar 12% 44d.

Tem menor potencial produtivo por capacidade

instalada, 1 MW de potência instalada origina por ano:

Com energia eólica 1,5 GW h por ano;

Com energia hídrica 3 GW h por ano;

Com Central Térmica 4,5 GW h por ano.

Impactes Ambientais da Produção de EnergiaEnergia dos combustíveis fósseis: - GN 400 g CO2/kWh,

- Emissão para a atmosfera de gases poluentes responsáveis pelo efeito deestufa e pelas chuvas ácidas,

- Esgotamento de recursos naturais,

Energia hídrica: - 8 g CO2/kWh,

- Destruição de ecossistemas naturais, movimento de populações,

- Perda qualidade da água, erosão nos deltas, doenças/água, metano tropicos,

Energia solar: - Fotovoltaica 60 g CO2/kWh,

- Impacte visual reduzido

- Sub-produtos de fabrico de paineis, baterias, cadmio, chumbo, MP,

Energia eólica: - 9 a 25 g CO2/kWh,

- Impacte visual significativo, - Ruído emitido pelos aerogeradores,

- Morte de aves quando os parques eólicos interceptam rotas migratórias,

Energia de Biomassa: - 55 g CO2/kWh,

- Poluição atmosférica, poluição pesticidas e fertilizantes, reduçãobiodiversidade,

Energia atómica: - 7 g CO2/kWh,

- Produção de resíduos radioactivos com tempo de vida de milhares de anos,

- Risco de acidente.

Obs: Valores das emissões muito variável com autores, Fonte: Science & Vie, nº1086, Mars 2008.

Características das energias renováveis

Necessário desenvolver as Energias Renováveis Os recursos energéticos convencionais estão a esgotar-se, ao mesmo

tempo que o consumo energético aumenta; Os preços do petróleo e do gás que influenciam a nossa economia e a

vida de milhões de empresas, estão a aumentar consistentemente, Regiões produtoras de combustíveis fósseis são instáveis, é necessário

reduzir dependência; Protocolo de Quioto: Redução de emissões, Portugal +27% do que

em 1990… CO2 custa/vale euros;

Numerosas centrais estão a chegar ao fim da sua vida, sendonecessário decidir novos investimentos para o período 2005-2010;Central Térmica de Setúbal é das mais poluentes da Europa;

Transporte marítimo tem provocado catástrofes ambientais; Portugal tem compromisso de até 2010, produzir 39% da

electricidade com ER e incorporar 5,75% de Biocombustíveis noconsumo de Gasolina e Gasóleo.

Actualmente motores a gasolina e a gasóleo podem usar semadaptações misturas com 5 a 30% de biocombustível.

ER contribuem para a competitividade da economia edesenvolvimento das regiões - emprego, ciência, impostos,…

Os seus custos de produção estão a ficar cada vez mais competitivos, As tecnologias associadas estão em grande evolução.

Energias Renováveis na EU

(% da energia total)

País 1990 1995

Suécia 24,7 25,4

Áustria 22,1 24,3

Finlândia 18,9 21,3

Portugal 17,6 15,7

Grécia 7,1 7,3

Dinamarca 6,3 7,3

França 6,4 7,1

Espanha 6,7 5,7

Itália 5,3 5,5

Irlanda 1,6 2,0

Alemanha 1,7 1,8

Luxemburgo 1,3 1,4

Países Baixos 1,3 1,4

Bélgica 1,0 1,0

Reino Unido 0,5 0,7

Contribuições estimadas por sector em 2010, UE

Tipo de energia 1995 2010 (12%)

Eólica 2,5 GW 40 GW

Hidráulica 92 GW 105 GW

Fotovoltaica 0,03 GWp 3 GWp

Biomassa 44,8 Mtep 135 Mtep

Geotérmica (eléctrica) 0,5 GW 1 GW

Geotérmica (calor) 1,3 GWth 5 GWth

Solar térmica 6.5 milhões m2 100 milhões m2

Solar Passiva - 35 Mtep

Outras - 1 GW

Evolução prevista para a UE

Evolução potência instalada ER

Energia eólica: De Jan. a Dez. de 2006 cresceu 71% ano anterior, Produção durante alguns períodos de ponta de 2007 contribuiu com 21% da

energia eléctrica produzida, Em Agosto 2007 foram ultrapassadas as 2000 MW de potencia instalada.

Novas Metas para Portugal

Previstas 15 centrais

- 52 mil painéis fotovoltaicos espalhados por 32

hectares

- Capacidade instalada de 11 MW (quase 2 x mais que

a anterior maior central na Alemanha)

- vai produzir 20 GWh/ano (suficiente para alimentar 8

mil habitações e poupar mais de 30 mil toneladas em

emissões de GEE equivalente combustíveis fósseis)

Criação de uma zona piloto: 20x20 km ao largo de S. Pedro de Muel

Agência Lusa, 13 de Março 2008, Energias Renováveis

Um em cada quatro portugueses admite adquirir equipamentos para produção de ER nos próximos 12 meses,

Estão dispostos a gastar 3500 €,

Motivos: Preservação do ambiente (40%), redução despesa mensal de electricidade (37%), venda de energia excedentária (14%),

Fotovoltaica (71%) e lareiras/recuperadores (14%).

Estudo do Banco Cetelem Portugal, amostra de 1000 pessoas diferentes regiões, Out-Nov/07

Referências/Sites APE – Associação Portuguesa de Energia,

APEMETA - Associação Portuguesa de Empresas de Tecnologia Ambiental,

EREC, RE Council,

ATREN – Associação Europea de Energias Renováveis,

EREF, European RE Federation,

ESHA, European Small Hydro. Assoc.,

EWEA, European Wind Energy Assoc.,

WCRE World Council RE,

APPA, Ass. Productores de ER,

AEE, Assoc Empresarial Eólica,

EPIA, European Photov. Ind. Assoc.,

WWEA, World Wind Energy Association,

Cogen Portugal – Associação Portuguesa de Cogeração,

SPES – Sociedade Portuguesa de Enegia Solar.

http://technology.phyorg.com,

www.energiasrenovaveis.com,

Diário da Republica (grátis), http://dre.pt/,

DGEG, www.dgge.pt,

ERSE, www.erse.pt,

IEA, www.iea.org,

INETI, www.ineti.pt,

ADENE, Agencia Energia, www.adene.pt.

ANEXO

Energias RenováveisMuito breve introdução ao seu significado…

Energia Eólica

Energia Eólica é a energia cinética dos ventos utilizada

para produzir energia mecânica. Esta energia pode ser

convertida em energia hidráulica ou energia eléctrica.

Moinho de Vento – energia mecânica (moinho de cereais, mó),

“Moinho de Vento” – energia mecânica – energia hidráulica (bomba hidráulica),

Turbina eólica – e. mecânica – e. eléctrica (aerogerador).

China e Pérsia 200 BC,

Grécia séc. II, ou séc. III

Difusão na Idade Média

séc. XI a XIII,

generalização séc. XV.

“Moinho” americano, em

1930 havia 6 milhões nos

EUA.

Turbina de aerogerador

Desenvolvimento tecnológico do sector eólico ao longo dos últimos 20

anos originou uma grande redução dos custos e potenciou investimentos.

1981 1985 1990 1996 1999 2000

Rotor (Metros) 10 17 27 40 50 71

kW 25 100 225 550 750 1650

Custo Total $65 $165 $300 $580 $730 $1300

Custo/kw $2,600 $1,650 $1,333 $1,050 $950 $790

Factor de

Capacidade

21% 25% 28% 31% 33% 39%

MWh produzida

ao longo de 15

anos

675 3300 8250 22,200 33,000 84,000

Custos de

amortização da

turbina por

unidade energia

9.6 5 3.6 2.6 2.2 1.5

Energia Eólica

Energia Hídrica

Resulta da transformação da energia potencial deuma dada massa de água em energia cinética,conseguida quando essa massa se desloca entreduas cotas diferentes (Barragem e/ou “queda deágua”).

Energia cinética,

Energia mecânica - rodas de água e turbinas(Moagem, serração, máquinas que usammovimento de rotação, centrais hidroeléctricas),

Energia eléctrica (geradores).

Moinho de água de pás roda hidráulica de eixo vertical

a) RH de curso de água

b) RH de queda de água

c) Turbina de Francis

d) Turbina de Kaplan

Tipos de Rodas Hidráulicas (eixo horizontal)

e tipos de Turbinas de Barragens Hidroeléctricas

Central Mini-hídrica

designa-se quando

potência menor do

que 10 Mw.

Energia SolarNo centro do sol os núcleos de átomos de H fundem-se

originando núcleos de He. A temperatura à sua superfície atinge

perto de 6000 K.

A energia resultante desta reacção é radiada para o espaço, e

parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de

1373 W/m².

A radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três

componentes:

- directa: a que vem "directamente" desde o disco solar;

- difusa: a proveniente de todo o céu excepto do disco solar,

das nuvens, gotas de água, etc.;

- reflectida: proveniente da reflexão no chão e objectos

circundantes.

A soma das 3 componentes é denominada de radiação

global, e representa, num dia de céu claro junto à superfície

terrestre num plano perpendicular, cerca de 1000 W/m² .

Formas de utilização da Energia Solar

Geralmente caracteriza-se nas seguintes formas :

- E. S. ACTIVA: transformação dos raios solares noutrasformas de energia:

Térmica - Sistemas activos, Aquecimento de fluidos; Fotovoltaica ou Eléctrica - sistemas fotovoltaicos, produção de

electricidade;

- E. S. PASSIVA: aproveitamento da energia solar paraaumentar ou diminuir aquecimento de edifícios ou prédios,através de concepções e estratégias construtivas; gestãotérmica dos edifícios.

(Energia Solar Fotossintética – Produção de Biomassa – Energia Química)

Esquema de um Sistema Fotovoltaico

Sistema Aquecimento Solar Térmico Activo

Colector – Bombas - Permutador de calor

Processos e elementos de sistemas térmicos passivos em edifícios

• Através da fotossíntese, as plantas

captam energia do sol e transformam-na

em energia química. Esta energia pode

ser convertida noutras formas de energia:

- electricidade, calor ou outros

combustível.

• O termo biomassa refere-se a toda a

matéria orgânica proveniente de plantas

e animais, incluindo dejectos de animais

e resíduos orgânicos.

• A biomassa é a fonte de energia

renovável mais antiga conhecida pelo

Homem – descoberta do fogo

Biomassa

Fontes de Biomassa para produzir energia

As fontes energéticas de origem natural podemdividir-se em:

1. Biomassa sólida - produtos e resíduos da agricultura(vegetais e animais), resíduos da floresta e das indústriasafins, fracção orgânica dos resíduos industriais e urbanos;

2. Biocombustíveis gasosos – o exemplo mais comum, obiogás, actualmente tem origem nos efluentes agro-pecuários,da agro-indústria e urbanos e ainda nos aterros de RSU. Obiogás gerado pela degradação biológica anaeróbia da MO éconstituído por uma mistura de metano (CH4) empercentagens que variam entre os 50% e os 70% sendo orestante essencialmente CO2 ;

3. Biocombustíveis líquidos - têm origem em "culturasenergéticas“ ou no aproveitamento de óleos alimentares:biodiesel, etanol e metanol.

Fontes de Biomassa para produzir energia

Plantas energéticas – plantas cultivadas com o fim específico deproduzir energia (Produção agrícola, florestal e aquática); plantas decrescimento rápido e baixa necessidade de manutenção

Oleaginosas, Sacarinas, Amiláceas, Celulósicas, algas emicroalgas,…

Sub-produtos e resíduos agrícolas e florestais – estima-se que decada árvore utilizada para produção de madeira apenas se utilize 20%; 40 % é deixado no campo (ramos e raízes) e os outros 40 %perdem-se na forma de serrim, estilha, etc.; também nas actividadesagrícolas muitas vezes os resíduos são deixados no campo (servempara adubar o terreno; ~ 60%)

Madeira de copas, casca de árvores, palha, chorume,…

Sub-produtos e resíduos orgânicos industriais

Óleos de frituras, resíduos cárneos, bagaços, res. celulose,…

Resíduos orgânicos domésticos – a deposição destes resíduos ematerro conduz à formação de biogás (GEE)

Resíduos alimentares, papel, cartão, madeira

Efluentes agro-industriais, agro-pecuários e urbanos

Energia Geotérmica

Energia Geotérmica

Energia térmica contida no interior do planeta, é transferida, sobretudo por condução, até à superfície da crosta terrestre.

Energia térmica pode, também, ser mais rapidamente transportada com o aquecimento da água (no estado líquido ou gasoso) sendo utilizada em sistemas de aquecimento e em produção de energia eléctrica.

O vapor natural do poço de produção opera a turbina do gerador. O vapor

é condensado nas torres de arrefecimento e bombeado novamente no

subsolo pelo poço de injecção mantendo a produção.

Turbina de vapor Torres de arrefecimento

Gerador

ENERGIA

dos

OCEANOS

Marés

Correntes Oceânicas

(energia é difusa, como na

corrente do golfo, pouca

actividade em curso)

Energia Térmica Oceânica

(pouca actividade em curso)

Ondas

Corrente de Maré

Barragem e Reservatórios

Fundy Bay, Canada

Em algumas regiões do mundo o desnível

da maré pode atingir 15 metros

A mecânica das marés,

resulta do efeito do campo gravitacional da Lua e do

Sol sobre os oceanos da Terra

Central de Maré de LA RANCE

Inaugurated in 1966, in the estuary of La Rance river (Northern France)

Total length of dam: 750 m

Total installed power capacity: 240 MW

24 Kaplan-bulb turbines (reversible), rated 10 MW each

Modes of operation: in two-way generation (ebb generation and flood

Generation) and two-way pumping

Barragem

de betão com

turbinas Barragem

de rocha Comportas

Mar

Baia

Correntes Oceânicas

Turbinas de eixo horizontal

SeaFlow

Rated Power: 300 kW

In Bristol Channel off Lynmouth

SeaFlow

A Central de Energia das Ondas da Ilha do

Pico

Construção in situ, 1994

Energia das Ondas:

TECNOLOGIA Não ESTABILIZADA

Mighty WhaleAquaBuoy

Wave Dragon

Pelamis

SEAREV

Archimedes Wave Swing

Pico OWC