Sistemas Híbridos de Minigeração

Tiago Pinho 05/2012

Resumo

Objetivos Descrever e dimensionar um sistema híbrido de produção de energia elétrica baseado em energias renováveis

Estudar uma solução alternativa ao fornecimento de energia pela rede elétrica convencional e precaver o futuro em relação à racionalização e escassez da energia

Estudar soluções de minigeração energética que permitam reduzir ou eliminar o problema da variabilidade de fornecimento energético dos recursos de fontes renováveis e o desfasamento entre produção e consumo

Encontrar resultados que permitam promover a divulgação junto dos consumidores e aceitação por parte dos mesmos de que o investimento neste tipo de soluções lhes trará bastantes vantagens no futuro

Estimular a eficiência energética por parte dos consumidores

Tiag

o P

inho

Caraterização Projeto

Centro Educativo Arões-Junqueira

Latitude: 40º48'7"N

Longitude: 8º19'0"W

≈600 m acima nível do mar

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 5 9 13 17 21

Diagrama consumo eléctrico diário (%)

Pot. eléctrica dimensionada: 41 kVA(projeto elétrico)

Utilizadores: 100 crianças (capacidade máx. 130)

Tiag

o P

inho

Caraterização Projeto

Abundância de exposição solar (média anual 2200 e 3000 h)

Elevado índice de radiação

Solar Boas condições geográficas para aproveitamento eólico

Complementariedade com a energia solar

Eólica

Sistema Híbrido → 2 Fontes de energia

Tiag

o P

inho

Caraterização Projeto

Disponibilidade local fontes energia

Radiação solar ângulo 35° média

(kWh/m2)

Mês H(35)diária H(35)mensal

Janeiro 3,33 103,23

Fevereiro 3,70 103,60

Março 5,41 167,71

Abril 5,18 155,40

Maio 5,93 183,83

Junho 6,39 191,70

Julho 6,54 202,74

Agosto 6,85 212,35

Setembro 5,89 176,70

Outubro 4,60 142,60

Novembro 3,17 95,10

Dezembro 2,65 82,15

Anual 4,98 151,43

• Azimute Sul (0)

• Inclinação 35

Dados PVGIS

Velocidades médias mensais a 10m de altura (m/s)

CE Arões-Junqueira

Jan 4,928

Fev 4,902

Mar 5,513

Abr 5,452

Mai 4,954

Jun 4,902

Jul 4,997

Ago 5,263

Set 5,229

Out 5,461

Nov 5,263

Dez 5,435

Media 5,192

Vel. vento a 10 m (m/s)

Horas (h)Vel. vento

a 10 m (m/s)

Horas (h)

0 15 9 470,5 15 9,5 451 29 10 19

1,5 70 10,5 152 375 11 12

2,5 670 11,5 53 479 12 4

3,5 622 12,5 54 1000 13 4

4,5 800 13,5 25 550 14 2

5,5 450 14,5 36 450 15 2

6,5 350 15,5 17 190 16 2

7,5 152 16,5 18 110 17 0

8,5 75

Estimativa horas vento anuais 6570 horas

Dados LNEG

Escoamento do vento dentro da camada limite atmosférica

Tiag

o P

inho

Tecnologia

Solar Eólica

Preço / kW

Maior capacidade produção

Rendimento superior

Maior período de vida

Maior oferta no mercado

Maior constância da produção

Obter o mais elevado rácio custo-benefício

Otimizar as parcelas de potência de cada uma das tecnologias

Uitlização Software Homer

Tiag

o P

inho

Tecnologia

Dimensionar e otimizar sistema

Dados projetoCarga e perfil de

consumos

Recurso solar

Recurso eólico

Restrições

Rede elétrica 20 kW (pot. contratada

20,7 kVA)

5 kW < PV ≤ 15kW

0 ≤ Nº turbinas ≤ 2

Variáveis

Taxa de juro

Velocidade média anual vento

Tiag

o P

inho

Tecnologia

Painéis fotovoltaicos marca Schüco, modelo MPE 235 PS15(rend. 14,2%)

Critérios de seleção

Certificação e marcação CE

Espaço disponível p/ instalação

Relação Rendimento-Custo

Assistência técnica

Critérios de seleção

Curva de potência

Nível de ruido e impacto ambiental

Assistência pós venda

Custo

Turbina eólica marca Kingspan, modelo KW6(pot. nom. 5,2 kW)

Tiag

o P

inho

Tecnologia

10𝑘𝑊

Custos cablagem DC

2 sistemas distintos 5 kW

Pot. Requerida ≈ Pot. Nominal

Maior facilidade instalação

Critérios de seleção

Potência nominal

Rendimento vs Custo

Dimensões e peso

Assistência técnica

Inversores marca SMA, modelo SB 5000TL – 20 e WB 5000TL

Tiag

o P

inho

Tecnologia

Rede elétrica

PV 4,7 kW(2 x 10)

Turbina 5,2 kW

Quadro Geral

Inversor 5 kW

Inversor 5 kW

Cargas

DC

DC

AC

AC

AC

AC

Sistema híbrido

• Dimensionamento da cablagem de acordo com as Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão (RTIEBT)

• Dimensionamento proteções

Tiag

o P

inho

Instalação

Alçada PoenteAlçada SulCampo FV Quadro Geral

1 • Análise local

2• Preparação Instalação

3• Instalação

4• Verificação

Tiag

o P

inho

Análise Económica

Rendimento do projeto - Energia produzida pelo sist. híbrido p/ consumo

Tempo de vida do projeto: 25 anos

Actualidade

CenárioAgradável

CenárioExpectável

Muito importante tarifa/preço de eletricidade rede elétrica

Energia que se deixou de comprar à rede

0,255 €/kWh(2036)

0,171 €/kWh

0,433 €/kWh(2036)

Análise sensibilidade projeto

Tiag

o P

inho

Análise Económica

Solar Produção anual estável

Eólica Produção anual variável

Cenário pessimista Cenário esperado Cenário optimista

v = 4 m/s v = 5,19 m/s v = 7 m/s

Análise sensibilidade projetoAssume-se constante

WACC 8,0% 6,5% 5,5%

Custo médio ponderado capitais (próprios e alheios)

30% 50% 65%

Ano 2011 2026 2036Investimento inicial 24.700,00 € 6.214,00 €

Valor Residual 1.618,00 €

Tiag

o P

inho

Análise Económica

Análise projeto de investimentoVAL – Valor atualizado líquido

TIR – Taxa interna de rentabilidade

PAY BACK PERIOD – Período de retorno do investimento

  Esperado Pessimista Optimista  Cenário

espectávelCenário

agradávelCenário

espectávelCenário

agradávelCenário

espectávelCenário

agradável 

TIR 8,5% 6,3% 5,9% 3,7% 11,1% 9,1%

  Esperado  Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica  WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %

  FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t

VAL 13.754,07 € 8.845,59 € 3.231,81 € 4.591,43 € 1.103,11 € - 2.933,72

€

  Esperado  Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica  WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %

  FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t

Pay-Back 17,3 19,2 23,1 21,6 25,0 N/PAGA

Tiag

o P

inho

Análise económica

Nota: Um dos objetivos deste projeto é precaver o futuro em relação à racionalização e escassez da energia e, embora não seja possível quantificar o valor de poder ter energia disponível num determinado momento em que a rede eléctrica não a está a fornecer, esse facto pode ser bem mais importante que uma taxa de retorno

• Aumento das tarifas de eletricidade a um ritmo lento: investimento não é, do ponto de vista económico, interessante

• Só um cenário optimista permitiria ter uma taxa de retorno interessante de 9,1%

• No cenário esperado, período de retorno só no caso do financiamento com 65% de capitais alheios seria inferior aos 25 anos de vida do projeto

• Evolução de preços de electricidade mais acelerada: projeto já é melhor remunerado

• Para o cenário esperado obtém-se uma taxa de rentabilidade de 8,5% e, para um financiamento de 65%, um período de retorno de 17,3 anos e um valor actualizado líquido de 13.754,07 €

• Só no caso do cenário optimista estes valores se tornam economicamente interessantes

Tiag

o P

inho

Conclusões

estas duas fontes de energia juntas poderão ser a melhor solução para a maioria dos casos devido a sua maior disponibilidade territorial, complementariedade e maior facilidade de acesso à tecnologia

Sistemas híbridos

actualmente não são economicamente interessantes. Só com o aumento forte dos preços da eletricidade estes sistemas se podem tornar mais interessantes do ponto de vista económico

Investimento

uma solução que antecipa, o risco, de um futuro incerto onde a racionalização e a escassez no fornecimento de energia podem vir a ser uma realidade e será sempre uma segurança energética e económica para o consumidor no caso de acontecer uma subida abrutpa do preço da electricidade por algum motivo extraordinário

Autonomia energética

Tiag

o P

inho

Conclusões

educar os consumidores para uma utilização mais eficiente da energia eléctrica sem que estes tenham de sofrer verdadeiramente com a falta de abastecimento ao seu consumo

Eficiência energética

Proliferação destes sistemas reduz as necessidades de potências de energia altas em determinados momentos do dia e evitará a existência de muitos picos de consumo, com a consequente diminuição de perdas na rede de distribuição e dos custos que a isso estão associados

Eficiência na rede

Tiag

o P

inho

Questões