Status das Tecnologias de
Energia Limpa
Curso Análise de Projeto de Energia Limpa
Fazenda Eólica
Casa Solar Passiva
Foto cedida por: Nordex Gmbh
Foto cedida por: McFadden, Pam DOE/NREL
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Objetivo
• Disseminar a informação sobre as tecnologias em energias
renováveis (RETs) e medidas de eficiencia energética

Mercados

Aplicações típicas
Geração de Eletricidade com Resíduos de Madeira
Foto cedida por: Warren Gretz, NREL PIX
Aquecimento Solar e Fotovoltaico da Água
Foto cedida por: Vadim Belotserkovsky
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Definições
Eficiencia Energética
Tecnologias de
Energia Limpa

Utilizar menos recursos energéticos
para atender a mesma demanda por
energia
Energia Renovável

Utilizar recursos naturais não
esgotáveis para atender às
necessidades energéticas
Energy
Energia
deDemand
Demanda
100%
Casa Solar Passiva Super Isolada
Foto cedida por: Jerry Shaw
75%
50%
25%
0%
Conventional
Convencional
Efficient
Eficiente
Efficient
Eficiente
e &
Renewable
Renovável
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Motivos para Tecnologias de
Energia Limpa
• Ambientais
Energia Eólica: Custo geração de eletricidade
Mudanças climáticas
40

Poluição local
30
• Economicas

Custos do ciclo de vida

Esgotamento dos
combustíveis fósseis
• Sociais
Custo Eletricidade

20
10
0
1980
1990
2000
Anos

Geração de empregos

Redução das perdas de receitas locais

Crescimento da demanda energética (x3 em 2050)
Fonte: National Laboratory Directors
Para o U.S. Department of Energy (1997)
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Características comuns às
Tecnologias de Energia Limpa
• Em relação às tecnologias convencionais:

Normalmente, custos iniciais mais altos

Geralmente, menores custos operacionais

Ambientalmente mais limpas

Normalmente com bom retorno em
relação ao ciclo de vida
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Custo Total de um Sistema de
Geração ou Consumo de Energia
• Custo total

• Custo total
=
Custo de aquisição
Custo de aquisição
+ custo anual com combustível e
O&M
+ custo com grandes manutenções
+ custo com desativação
+ custo financeiro
+ etc.
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Tecnologias de Geração de Eletricidade
à partir de Fontes Renováveis
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Energia Eólica
Tecnologia & Aplicações
• Precisa de bons ventos
(>4 m/s @ 10 m/s)
 Areas costeiras, montanhas curvas, planícies
abertas

Lâmina do rotor
Vento
Nascele com
embreagem
e Gerador
• Aplicações:
Altura
do rotor
Vento
Torre
Rede Central
Warren Gretz, NREL PIX
Rede Isolada
Phil Owens, Nunavut Power
Fora da Rede
Southwest Windpower, NREL PIX
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Mercado de Energia Eólica
Instalação Anual de Turbinas Eólicas pelo Mundo
8.000
8.000
Capacidade mundial instalada (2003): 39.000 MW
7.000
(~20,6 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano e 30% fator de capacidade)
7.000
6.000
6.000
4.000
Alemanha:
14.600 MW
Espanha:
6.400 MW
Estados Unidos: 6.400 MW
Dinamarca:
3.100 MW
3.000
83.000 MW em 2007 (previsão)
3.000
5.000
4.000
2.000
2.000
1.000
1.000
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
0
1984
0
1983
MW
5.000
Fontes: Danish Wind Turbine Manufacturers Association, BTM Consult, World Wind Energy Association, Renewable Energy World
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Pequenas Hidroelétricas
Tecnologia & Aplicações
• Tipos de
Projetos:
COMPONENTES DE UM SISTEMA HIDROELÉTRICO
Reservatório
À fio d´àgua
Barragem
• Aplicações:
Comportas
Cabeceira
Rede
Rede
Central
Isolada
Fora da Rede
Turbina Francis
Adução
Casa de Força
Linha de
transmissão
Gerador
Turbina
Corredeira
Tubo de dreno
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Mercado de Pequenas Hidroelétricas
•
19% da eletricidade no mundo é produzida por pequenas
e grandes hidroelétricas
•
No mundo:

•

China:


•

43.000 plantas existentes (potência < 25 MW)
19.000 MW instalados
Além de 100.000 MW econ. viáveis
Europa:

•
20.000 MW instalados (potência < 10 MW)
Previsão: 50.000 a 75.000 MW em 2020

10.000 MW instalados
Além de 4.500 MW econ. viáveis
Canadá:


2.000 MW instalados
Além de 1.600 MW econ. viáveis
Pequena Central Hidroelétrica
Fontes de dados: ABB, Renewable Energy World, and International Small Hydro Atlas
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Fotovoltaica (PV)
Tecnologia & Aplicações
Sistema PV doméstico
Células PV
Central de
Geração PV
Medidor
Acumulador
Geração
Distrubuída
Medidor
Foto cedida por: Tsuo, Simon DOE/NREL
Rede
Elétrica
Bateria
Luz
Bombeio de água PV
Prédio integrado conectado à rede PV
Foto cedida por: Strong, Steven DOE/NREL
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Mercado Fotovoltaico
Instalações Anuais Fotovoltaicas no Mundo
800
700
800
Capacidade Mundial instalada (2003): 2.950 MWp
700
(~1,2 milhões casas @ 5.000 kWh/casa/ano)
600
32% Aumento de encomendas 2003
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
0
1987
0
1986
MWp
600
Fonte: PV News
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Cogeração (CHP)
• Produção simultânea de dois ou mais tipos de energias úteis, a partir
de uma única fonte energética
Gas de Exaustão
Eficiência da recuperação de calor (55/70) = 78,6%
15 unidades
Calor
Eficiência Total ((30+55)/100) = 85,0%
55 unidades
Caldeira de
Recuperação
Carga
térmica
Calor + Exaustão
Combustível
70 unidades
100 unidades
Eletricidade
30 unid.
Sistema de Energia
Gerador
Carga
Elétrica
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Cogeração
Aplicações, Combustíveis e Equipamentos
Várias Aplicações
Vários Combustíveis
Ciclo de Coleta do
Gás do Aterro
Sanitário
Produção de Vapor
Processo
Sistema de tubos para
coleta do Gás
Compressor
Filtro
Biomass for CHP
Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Resfriador
/secador
Produção de Energia
Tocha
Vários Equipamentos
Foto cedida por: Gaz Metropolitan
Máquina Alternativa para Geração de Energia
Foto cedida por: Rolls-Royce plc
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Cogeração
Aplicações
•
•
•
•
•
Prédios individuais
Comerciais e industriais
Condominios
Sistemas energéticos
distritais (p.ex.
Comunidades)
Processos industriais
Cogeração, Prefeitura de Kitchener
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Cogeração à GFL para aquecimento distrital, Suécia
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
Micro turbina em estufa
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
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Cogeração
Tipos de Combustível
• Combustíveis Renováveis







Resíduos de madeira
Gas de Lixo (LFG)
Biogás
Subprodutos agrícolas
Bagaço
Reflorestamentos
etc.
• Combustíveis fósseis
Biomassa para Cogeração
Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Geiser Geotérmico
Gas natural
 Diesel (óleo tipo #2)
 Carvão, etc.

• Energia Geotérmica
• Hidrogênio, etc.
Foto cedida por: Joel Renner, DOE/ NREL PIX
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Cogeração
Equipmentos & Tecnologias
• Equipamento de Resfriamento



Compressores
Chillers de Absorção
Resfriamento livre
• Geração de eletricidade






Turbina à Gás
Turbina à Gás de ciclo combinado
Turbina à vapor
Máquina Alternativa
Célula de combustível
Etc.
Turbina à Gás
Foto cedida por: Rolls-Royce plc
• Equipamento de Calor


Caldeiras
Recuperadores de calor
Equipamento de Resfriamento
Foto cedida por: Urban Ziegler, NRCan
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Cogeração
Mercado
Região
Capacidade Comentários
Canadá
12 GW
Maioria para papel e celulose e indústria de óleo
EEUU
67 GW
Em expansão, políticas de apoio p/ Cogeração
China
32 GW
Cogeração predominantemente à carvão
Rússia
65 GW
Cerca de 30% da eletricidade de Cogeração
Alemanha
11 GW
Mercado crescente para Cogeração municipal
Inglaterra
4,9 GW
Fortes incentivos para energias renováveis
Brasil
2,8 GW
Ger. distribuída associada à instal. fora da rede
Índia
4,1 GW
Maioria Cogeração de bagaço p/ usinas de açúcar
África do
Sul
0,5 GW
Substituindo energia de carvão
Mundo
247 GW
Previsão de crescimento de 10 GW por ano
Fonte: World Survey of Decentralized Energy 2004, WADE
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Energias Renováveis
Tecnologias para Calor e Refrigeração
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Calor a partir da Biomassa
Tecnologia & Aplicações
• Combustão controlada de madeira,
Cavaco de Madeira
resíduos agrícolas, resíduos
municipais, etc., para geração de calor
Prédios individuais e/ou aquecimento distrital
Foto cedida por: Wiseloger, Art DOE/NREL
Planta de Calor
Foto cedida por: Oujé-Bougoumou Cree Nation
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Mercado de Calor a partir da
Biomassa
• 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:





Cocinação, aquecimento
Nem sempre sustentável
Africa: 50% da TPES
India: 39% da TPES
China: 19% da TPES







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
• Países industrializados:
Câmara de combustão
Foto: Ken Sheinkopf/ Solstice CREST
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Novas Instalações de
New
Installations
Pequenos
SistemasofdeSmall
Scale
(<100 kW)
Biomass
Aquecimento
à Biomassa
(< 100 kW)
na Áustria
Heating
Systems
in Austria
8.000
7.000
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
0
Fonte: Ingwald Obernberger citing the Chamber of Agriculture and Forestry, Lower Austria
Fonte: IEA Statistics– Renewables Information 2003,
Renewable Energy World 02/2003
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Aquecimento Solar do Ar
Tecnologia & Aplicações
• Coletor não
envidraçado para préaquecimento do ar
• O ar frio é aquecido
quando passa pelos
pequenos orifiícios na
placa metálica de
absorção (SolarwallTM)
Difusor da
parede
Painel
solar
perfurado
Ventilador
Ar
Fresco
• Um ventilador circula o
ar quente pelo prédio
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Mercado para Aquecimento Solar
do Ar
• Pré aquecimento do ar de
Prédio Industrial
ventilação, dos prédios com
grandes volumes de ar fresco
• Também para secagem da
colheita
Foto cedida por: Conserval Engineering
• Custo competitivo para
prédios novos ou grandes
reformas
Secagem solar da colheita
Foto cedida por: Conserval Engineering
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Aquecimento Solar da Água
Tecnologia & Aplicações
• Coletores Envidraçados e não envidraçados
• Armazenamento de Água (tanque ou piscina)
Prédios Comerciais/Institucionais e Piscinas
Aquacultura – Viveiro de Salmão
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Mercado para Aquecimento Solar
da Água
• Mais de 30 milhões de m2 de
Conjuntos Residenciais e Piscinas
coletores pelo mundo
• Europa:

10 milhões de m2 de coletores em
operação

Crescimento anual de 12%

Alemanha, Grécia e Áustria

Meta para 2010: 100 milhões de m2
Prédios Residenciais
• Forte mercado mundial para
aquecedores solares de piscinas
• Barbados possui 35.000 sistemas
Fonte: Renewable Energy World, Oak Ridge National Laboratory
Foto cedida por: Chromagen
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Aquecimento Solar Passivo
Tecnologia & Aplicações
• Fornecimento de 20 a 50%
do aquecimento ambiental
necessário na temporada
de aquecimento
Verão
Inverno
• Ganhos solares obtidos
com janelas de alto
rendimento direcionadas
para o Equador
Aquecimento solar passivo de apartamentos
• Armazenam calor na
estrutura do prédio
• Utilizam sombra para
reduzir ganhos do calor do
verão
Foto: Fraunhofer ISE (from Siemens Research and Innovation Website)
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Mercado para
Aquecimento Solar Passivo
• Uso de janelas eficientes é
Prédios comerciais
prática comum nos padrões
atuais de aquecimento solar
passivo
• Para novas construções –
acréscimo mínimo de custos
Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
Prédios residenciais
Janelas de Alta eficiência
 Orientação do Prédio
 Sombra adequada

• Custo competitivo para novos
prédios e reformas
Foto cedida por: DOE/NREL
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Bomba de Calor de Fonte Subterrânea
Tecnologia & Aplicações
Loop Vertical no solo
• Resfriamento e aquecimento
de água/ambiental
• Eletricidade opera em ciclo de
compressão a vapor
• Calor extraído do solo no
inverno e rejeitado do solo no
verão
Horizontal Ground-Loop
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Mercado para
Bomba de Calor de Fonte Subterrânea
GSHP Residencial
• No mundo:
800.000 unidades instaladas
 Capacidade Total de 9.500 MWth
 Taxa de crescimento anual de 10%

• EEUU: 50.000 instalações
anualmente
• Suécia, Alemanha e Suiça são
maiores mercados Europeus
Prédios Comerciais, Industriais e Institucionais
• Canada:



30.000+ unidades residenciais
3.000+ unidades industriais e
comerciais
435 MWth instalados
Foto cedida por : Geothermal Heat Pump Consortium (GHPC) DOE/NREL
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Outras Tecnologias de
Energia Limpa Comerciais
•
•
•
•
Combustíveis: etanol e biodiesel
Sistemas eficientes de refrigeração
Motores de velocidade variável
Sistemas de iluminação e Luz do
dia eficientes
• Recuperação de calor de ventilação
• Outros
Refrigeração eficiente no Rinque de Patinação
Combustível oriundo de resíduo agrícola
Foto cedida por: David and Associates DOE/NREL
Iluminação eficiente e Luz do dia
Foto cedida por: Robb Williamson/ NREL Pix
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Tecnologias de Energia Limpa
Emergentes
• Energia térmica Solar
• Energia térmica Oceânica
• Energia das marés
Planta de Energia Solar através de Parabólicas
Foto cedida por: Gretz, Warren DOE/NREL
• Energia das correntes
oceânicas
• Energia das ondas
• etc.
Receptor central da Planta de Energia Solar
Foto cedida por: Sandia National Laboratories DOE/NREL
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Conclusões
• Existem oportunidades de
Sistema Hibrido Parks Canada de PV-Eólica (Arctico em 81°N)
retorno comprovado
• Muitos casos de sucesso
• Mercado em expansão
Foto cedida por: Michael Ross Renewable Energy Research
• Estão disponíveis
oportunidades para a
eficiência energética e
recursos para energias
renováveis
Instalação de turbina eólica de 600 kW
Foto cedida por: Nordex Gmbh
Telefone PV
Foto cedida por: Price, Chuck
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Perguntas ?
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