As tecnologias associadas às energias renováveis

Transcrição

Energias Renováveis
Tecnologias Associadas às Energias Renováveis:
Uma História de Sucesso Vinda da Alemanha
A Alemanha como líder internacional
Nos últimos anos, a Alemanha tem vivido um desenvolvimento repentino no que diz respeito à utilização de energias
renováveis. Tendo se tornado líder internacional na área,
possui o terceiro maior setor de energia eólica do mundo,
com mais de 31.308 MW de capacidade instalada e o maior
mercado de energia solar mundial, com mais de 32.389 MW
de capacidade máxima instalada em 2012. Líder também em
outros campos da tecnologia, a Alemanha teve no final de
2012 quase 12% do consumo bruto total de energia do país
fornecido por energias renováveis. Com uma quota prevista de 20%, a Alemanha está a um passo de superar o objetivo nacional estabelecido pela Diretiva 2009/28/CE da União
Europeia: atingir 18% de seu consumo bruto total de eletricidade proveniente de fontes renováveis até 2020.
Legislação adequada à promoção
das energias renováveis
O governo alemão tornou possível o desenvolvimento do
mercado de energias renováveis. A Lei de Fontes de Energias
Renováveis, por exemplo, oferece aos produtores de energia elétrica renovável regimes de tarifas fixas para o fornecimento durante 20 anos, além de uma elevada segurança em
seu planejamento. Ao mesmo tempo, uma gradual e contínua
redução das tarifas de fornecimento para novos sistemas tem
estimulado ainda mais a inovação e a redução dos preços.
Graças ao extraordinário sucesso desta legislação, o número de países com regimes de estímulo à compra de energia
proveniente de fontes renováveis semelhantes à legislação
Alemã aumentou para mais de 60.
contínuo dos produtos. Os padrões alemães para a produção
e seleção de componentes de sistema apropriados definem
padrões internacionais de qualidade.
Perspectivas para o futuro – a utilização
das energias renováveis em nível internacional
Expandir a utilização das energias renováveis é o primeiro passo para um futuro sustentável. A cooperação internacional é necessária para responder ao desafio e desenvolver novos mercados. As empresas e os consultores alemães,
assim como as instituições de cooperação política e para o
desenvolvimento, já compartilham sua experiência com muitos outros países.
A Agência Alemã de Energia
A Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), a Agência Alemã
de Energia, é o órgão técnico especializado em eficiência
energética, fontes de energias renováveis e sistemas energéticos inteligentes. A missão da Dena é gerar crescimento econômico e manter a prosperidade com um consumo de energia cada vez menor. Para a agência, a energia deve ser gerada
e utilizada da forma mais eficaz, segura e econômica e com o
menor impacto possível sobre meio ambiente, tanto nacional quanto internacionalmente. A Dena promove a eficiência
energética e os mercados de energias renováveis em conjunto com investidores das áreas da política, dos negócios e da
sociedade em geral.
juwi
Wagner & Co, Cölbe
Fontes de energia renovável como uma parte do
fornecimento de energia na Alemanha [%]
22
20,0
20
18
16
14
12,2
12
10,9
10,4
10
BioConstruct GmbH
8
6,7
6
4
5,6
5.6
4,2
4,1
2,9
2
0,6
0
Parte do consumo
Parte do consumo
Parte do consumo
final total de energia bruto de electricidade final total de energia
para aquecimento
FEC Consumo de energia final
PEC Consumo de energia primário, calculado de acordo
com o método de conteúdo de energia física
Parte de consumo
de combustível
Parte do consumo
de energia primário
2001
2007
2008
2009
2010
2011
Fonte: BMU, com base no AGEE-Stat e noutras fontes
Bundesverband WindEnergie e.V.
A indústria das energias renováveis
na Alemanha: um parceiro de confiança
A base do crescimento repentino das energias renováveis na
Alemanha é a força da produção nacional. No final de julho
de 2012, aproximadamente 382.000 pessoas trabalhavam no
setor nas áreas de pesquisa, produção, planejamento e instalação de sistemas. As empresas alemãs começaram cedo
a investir no desenvolvimento de tecnologias associadas às
energias renováveis e introduziram no mercado produtos
de alto desempenho. As elevadas expectativas dos consumidores alemães estimulam a otimização e o desenvolvimento
www.renewables-made-in-germany.com
ENERGYSYSTEMS
www.intercontrol.de
www.juwi.com
www.smart-energy.ag
INTER CONTROL H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbauges. mbH
Tecnologias Associadas às Energias Renováveis –
a Energia do Futuro
As tecnologias associadas às energias renováveis
resultam em pouca ou nenhuma emissão de CO2
As tecnologias associadas
às energias renováveis são
infinitas e podem ser
encontradas em todos
os lugares
As tecnologias associadas às energias
renováveis são um dos mercados que crescem
mais rapidamente em todo mundo
Solar Promotion GmbH
S.A.G. Solarstrom AG
As tecnologias associadas às
energias renováveis
Os custos do fornecimento de energia
▪▪ Não causam dano ao meio-ambiente e têm um papel
importante na atenuação dos efeitos das mudanças climáticas;
▪▪ Estão disponíveis com abundância em todo o mundo;
▪▪ Reduzem a dependência das importações de energia e
geram valor local;
▪▪ Geram emprego nos setores de crescimento sustentável;
▪▪ São a base para o fornecimento de energia sustentável
tanto para países industrializados quanto para aqueles em
vias de desenvolvimento;
▪▪ Constituem um dos mercados que crescem mais rapidamente em todo o mundo;
▪▪ São de baixo risco: não representam riscos relativos a resíduos e despertam pouco interesse como alvos terroristas.
As tecnologias associadas às energias
renováveis podem responder a qualquer tipo
de demanda energética:
Fornecimento de energia à rede
As energias hidráulica, geotérmica e eólica, bem como a bioenergia e a energia solar, podem substituir gradualmente a
energia convencional. Uma combinação adequada de fontes de eletricidade e de tecnologia inteligente de controle das
redes pode assegurar a estabilidade da distribuição.
Fornecimento de energia independente
às zonas rurais
Aproximadamente dois bilhões de pessoas em todo o mundo
não têm acesso à rede elétrica pública. Unidades de energia
independentes com base em energias renováveis podem fornecer eletricidade sempre que seja tecnicamente difícil ou
economicamente inviável construir uma rede elétrica.
Os preços atuais de mercado para as energias fóssil e nuclear
representam apenas uma fração dos verdadeiros custos que
estas representam para a sociedade. Se os custos externos
de danos ambientais e conflitos políticos fossem calculados, as energias renováveis seriam competitivas ou, em muitos casos, muito mais baratas do que a energia convencional.
Os danos ecológicos causados pela utilização de combustíveis fósseis, em especial as consequências negativas provocadas pelas alterações climáticas e poluição do ar, estão se tornando um fator econômico cada vez mais relevante, tendo
um impacto cada vez maior nas decisões políticas e econômicas. Por exemplo, os custos das emissões de CO2 derivados do
comércio internacional de emissões estabelecido pelo Protocolo de Quioto já influenciam atualmente o fluxo de investimentos relativos à construção de novas centrais elétricas e
novos indicadores de desempenho para empresas com respeito aos riscos derivados das mudanças climáticas. Além
disso, os poluentes produzidos pela queima de combustíveis
fósseis são a principal causa do nevoeiro fotoquímico (smog)
e da chuva ácida. De acordo com o estudo encomendado
pela Comissão Europeia, os custos econômicos para a sociedade alemã devidos à utilização de petróleo e carvão para a
produção de eletricidade estão entre 0,05–0,08 €/kWh e
0,03–0,06 € /kWh, respectivamente. As energias renováveis
oferecem a possibilidade de atender às necessidades energéticas mundiais de uma forma sustentável e não prejudicial
para o ambiente.
Quadro Iceberg –
Custos societários da energia fóssil
Preço cobrado ao consumidor
Fornecimento de aquecimento descentralizado
A bioenergia, a energia geotérmica e a energia termal solar
oferecem a energia necessária para o aquecimento, a refrigeração e o suprimento de água quente para uso doméstico,
assim como para os sistemas de aquecimento das indústrias.
Biocombustíveis para os meios de transporte
Custos societários
Poluição do ar
Danos ambientais
Custos provenientes de conflitos políticos
Custos da garantia e segurança
Reservatório natural de energia solar, a biomassa pode ser
utilizada como combustível em qualquer tipo de motor, assegurando a mobilidade de uma forma sustentável.
ENERGYSYSTEMS
www.intercontrol.de
www.juwi.com
www.smart-energy.ag
Custos de limpeza
para a atenuação das alterações climáticas
Alterações climáticas: o desafio do século XXI
O aquecimento global causado pelas emissões de gases do
efeito estufa produzidas pelo homem é uma das maiores
ameaças para a civilização humana no século XXI. Tendo já
começado a afetar as vidas das pessoas em todo o mundo,
suas consequências continuarão a se intensificar.
Os fatos
A tendência de aumento na temperatura média global em
longo prazo tem crescido desde o final dos anos 70. Desde
as primeiras medições de temperatura realizadas no século XIX, a década compreendida entre 2001 e 2010 foi a mais
quente registrada até agora.
Anomalía (°C) respecto del periodo 1961–1990
Anomalia na temperatura média global anual
(tomando como referência o período 1961–1990)
de 1850 a 2010
0.6
Met Office Hadley Centre and Climatic Research Unit
NOAA National Climatic Data Center
NASA Goddard Institute for Space Studies
0.4
0.2
0
- 0.2
Os aspectos econômicos das
alterações climáticas
Em 2006, o governo britânico publicou um relatório abrangente sobre os aspectos econômicos das alterações climáticas. Este salienta claramente que as alterações climáticas terão um impacto muito importante sobre o crescimento
e o desenvolvimento de todos os países. Usando os resultados dos modelos econômicos oficiais, o relatório estima que
se não forem tomadas medidas drásticas agora, os custos e
os riscos globais das alterações climáticas serão equivalentes
à perda de, pelo menos, algo entre 5% e 20% do PIB global a
cada ano. De acordo com o relatório, os custos para estabilizar o nosso clima são significativos, mas os benefícios de uma
reação rápida terão maior impacto que os custos econômicos
de não se tomar qualquer tipo de ação. O relatório aponta a
necessidade de que todos os países tomem medidas em relação às mudanças climáticas e que, para isso, não devem limitar as aspirações de crescimento dos países ricos ou pobres.
Os meios para atenuar as mudanças climáticas levarão cada
vez mais a oportunidades de negócio, especialmente nos
mercados das tecnologias de energia hipocarbônica, assim
como outros serviços e produtos de baixa emissão de carbono. Com volumes projetados de centenas de bilhões de dólares todos os anos, estes mercados gerarão também um número significativo de empregos sustentáveis no setor.
-0.4
O Protocolo de Quioto
- 0.6
- 0.8
1850
1900
1950
2000
Year
Fonte: Met Office Hadley Centre, UK
O aumento na concentração dos gases do efeito estufa na
atmosfera devido às atividades humanas foi, provavelmente,
a causa do aquecimento registrado no século XX. A queima
de combustíveis fósseis e o desflorestamento em grande escala liberam dióxido de carbono (CO2) na atmosfera. As indústrias agrícola e pecuária também contribuem com a liberação de gases como o metano (CH4) e o óxido nitroso (gás
hilariante, N2O). O dióxido de carbono, o metano e o óxido
nitroso permitem que a radiação solar atravesse a atmosfera praticamente sem impedimento, mas retém a radiação de
onda longa emitida pela superfície da Terra. O acúmulo destes gases na atmosfera dá lugar ao efeito estufa e a resulta na
tendência de aumento das temperaturas na troposfera. De
acordo com o 4º Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) de 2007, a
concentração atmosférica de dióxido de carbono em 2005 foi
muito superior à escala natural dos últimos 650.000 anos,
principalmente devido à utilização de combustíveis fósseis.
Este fato pode ser comprovado se olharmos para os aumentos nas temperaturas médias do ar e dos oceanos, as alterações generalizadas nas quantidades de precipitação, na salinidade dos oceanos, nos padrões do vento e ao se observar
manifestações climáticas extremas, como enchentes, precipitação elevada, ondas de calor e a intensidade dos ciclones
tropicais.
Com o Protocolo de Quioto – o instrumento mais valioso para as políticas climáticas internacionais nos dias de
hoje – os países industrializados se comprometeram a reduzir as emissões entre os anos de 2008 e 2012. (o chamado
“primeiro período de compromisso”). Atualmente, 193 signatários (192 países e uma organização de integração econômica regional, a União Europeia) ratificaram este Protocolo. Na conferência sobre as mudanças climáticas, realizada
em Doha, as partes envolvidas deram um passo fundamental para o contra-ataque global às alterações climáticas. Os
países adotaram com sucesso o novo período de compromisso com o Protocolo de Quioto, negociando uma agenda para
a implantação de um acordo universal sobre as alterações climáticas até 2015. Além disso, foi ratificado o anexo sobre
novas instituições e o acordo de como integrar em grande
escala o ambiente financeiro e o tecnológico em países em
desenvolvimento.
Uso das tecnologias em energia renováve
como parte integrante da estratégia de redução
das emissões
Com o uso das energias renováveis, dispomos de fontes de
energia que não produzem poluentes e que estão sendo constantemente renovadas de maneira natural pelo meio ambiente, estando disponíveis por um período de tempo indefinido durante toda a duração da vida humana. As tecnologias
associadas às energias renováveis podem reduzir as grandes
emissões de CO2 do setor elétrico e substituir os combustíveis
minerais usados no transporte por aquecimento e refrigeração ecológicos. Em 2010, as reduções de emissões na Alemanha graças à substituição do uso dos combustíveis fósseis
por tecnologias em energias renováveis foram o equivalente a
aproximadamente 118 milhões de toneladas de CO2 (gases de
efeito estufa: CO2, CH4 e N2O).
BSW Solar/Langrock
ENERGYSYSTEMS
www.intercontrol.de
www.juwi.com
www.smart-energy.ag
para a garantia energética
O desafio: aumento da procura vs.
redução dos recursos
Dependência crescente das importações
A demanda mundial pelos combustíveis fósseis está aumentando de uma forma estrondosa, especialmente devido às
elevadas taxas de crescimento econômico registrada em
algumas partes da Ásia. Ao mesmo tempo, as reservas estão
diminuindo e os recursos restantes estão limitados a poucas
regiões, que muitas vezes se caracterizam por serem politicamente instáveis. Esta situação provoca conflitos políticos
e um número crescente de confrontos militares, causando,
também, grande risco econômico para todas as sociedades e
seu desenvolvimento, já que são altamente dependentes destes recursos cada vez mais caros.
Escassez dos recursos fósseis e nucleares
Apesar de este ser um tema recorrente no debate científico e
de ser difícil prever quando exatamente as reservas mundiais
de petróleo chegarão ao fim, não existem dúvidas de que isto
vai acontecer num futuro próximo. Seguindo os princípios
econômicos básicos, em conjunto com o aumento da procura, especialmente das economias emergentes como a China,
Índia e Brasil, esta situação conduzirá a um aumento significativo do preço do petróleo. O preço de 200 dólares por barril já não é visto como uma possibilidade assim tão remota. A especulação financeira, os conflitos militares como os
do Oriente Médio e os desastres naturais – como os relacionados com as mudanças climáticas – irão aumentar ainda
mais a volatilidade do preço do petróleo. Embora a maioria dos conflitos afete de maneira mais evidente e séria a produção do petróleo, os problemas que surgirão na sequência
da maior escassez destes recursos também se aplicam ao gás
natural, ao urânio e ao carvão, e acarretarão desafios semelhantes.
Reservas de petróleo convencional
Países com reservas de petróleo de > 1 Gt (2009)
Conventional oil reserves.
Countries with > 1 Gt oil reserves (2009)
> 1–10 Gt
> 10–20 Gt
> 20 Gt
Área Estratégica
com cerca de 74% das tradicionais reservas mundiais de petróleo
e cerca de 70% das reservas de gás natural
Fonte: Instituto Federal para as Geociências e os Recursos Naturais
Concentração regional das reservas disponíveis
Além de os combustíveis fósseis estarem ficando cada vez
mais escassos, as reservas que ainda restam estão limitadas a
algumas regiões, muitas das quais enfrentam sérios problemas políticos e de segurança. Por exemplo, 71% das reservas
de petróleo e 70% das reservas de gás do mundo estão localizadas no Oriente Médio e na região do Mar Cáspio, áreas
denominadas “elipse dos recursos”.
juwi
juwi
Como as reservas disponíveis estão concentradas em alguns
países, todas as outras economias se veem obrigadas a
importar combustíveis não renováveis. Por exemplo, a taxa
de dependência energética da Alemanha era de 61% em
2008, enquanto a dependência energética da União Europeia
era de 54%. As importações líquidas necessárias não somente
significam elevadas transferências de capital por parte destes
países, como também insegurança no nível do fornecimento de energia e dependências políticas e geoestratégicas. Os
fornecedores mais importantes de petróleo cru e gás natural
foram a Rússia (com 33% das importações de petróleo e 40%
das importações de gás) e a Noruega (com 16% e 23% respectivamente).
Consumo de energia dos países membros da UE,
suas importações líquidas e taxa de dependência
em 2008
País Membro da UE
Dependência
de Energia
UE27
54,00
Chipre
97,30
- 18,80
Dinamarca
Estônia
21,20
Finlândia
54,40
França
51,30
Alemanha
61,60
100,00
Malta
Espanha
79,40
Reino Unido
26,60
Consumo energético bruto em milhões de toneladas equivalentes de petróleo (Mtoe), definido pela produção primária somada
às importações e descontadas as exportações. As importações líquidas são definidas pela importação total menos as exportações. Importações divididas pelo consumo bruto.
Fonte: Europe’s Energy Portal
Tecnologias associadas às energias renováveis –
geração valor local a partir de recursos abundantes e amplamente disponíveis
A energia proveniente do vento, do sol, da terra e da biomassa encontra-se disponível em todo o globo e pode representar
uma contribuição fundamental para a segurança energética
e a prevenção de conflitos devido à diminuição dos combustíveis fósseis e nucleares. Além disso, para os 1,6 bilhão de
pessoas sem acesso a um fornecimento de energia moderno
e para a crescente demanda energética das economias emergentes, as tecnologias associadas às energias renováveis oferecem a possibilidade de um suprimento de energia descentralizado e sustentável, gerando valor local, dispensando
redes elétricas caras e eliminando a dependência das importações. É neste que a utilização destes sistemas independentes e descentralizados para o fornecimento de eletricidade faz
especialmente sentido. Para assegurar o suprimento de energia economicamente acessível e contínuo, os sistemas independentes híbridos podem utilizar várias fontes de energia de forma combinada. Por exemplo, fontes de energia tais
como a energia eólica, fotovoltaica, hidráulica e motores de
combustão podem trabalhar em conjunto com grande sucesso.
FLABEG Holding GmbH EnviTec Biogas AG
ENERGYSYSTEMS
www.intercontrol.de
www.juwi.com
www.smart-energy.ag
Wind Power
Energia
eólica
A Energia Eólica Ganha Força
A energia eólica no caminho do desenvolvimento
Em muitas partes do mundo, moinhos de vento tradicionais
eram utilizados para moer grãos ou bombear água, fazendo parte da paisagem histórica por séculos. As turbinas eólicas modernas são centrais elétricas que podem ser utilizadas
para gerar eletricidade a preços competitivos. Graças à sua
rentabilidade, tecnologia altamente desenvolvida e às suas
vantagens ecológicas, a energia eólica é a que avança mais
rapidamente, rumando à posição de fonte de eletricidade
renovável de maior expressão em todo o mundo. De acordo
com os dados do Conselho Global de Energia Eólica (GWEC),
282.000 MW de capacidade eólica já haviam sido instalados em todo o mundo em 2012, dos quais 44.331 MW naquele mesmo ano. Isto corresponde a um crescimento anual de
19%.
As vantagens da utilização da energia eólica:
▪▪ A energia eólica oferece eletricidade limpa e ambiental-
mente correta a preços competitivos;
▪▪ O mercado das turbinas eólicas gera empregos e beneficia economicamente as regiões mais pobres. A geração de
emprego se manifesta nos setores de fabricação de turbinas e nos serviços de planejamento e de manutenção;
entre outros. As receitas para as comunidades locais derivam da arrecadação de impostos e da geração de renda a
partir da utilização do solo;
▪▪ As turbinas eólicas abrangem uma grande parte das aplicações, desde poucos kW até vários MW. Turbinas de
10 kW não ligadas à rede fornecem energia a granjas e
pequenos povoados, enquanto grandes parques eólicos
marinhos com várias centenas de MW de capacidade instalada conseguem fornecer energia às redes de distribuição das regiões industriais.
▪▪ As turbinas eólicas são a base ideal para combinações com
outras fontes de energias renováveis, seja na rede de distribuição pública ou em uma rede destinada a uma pequena comunidade.
Energia eólica instalada na Alemanha
no fim de 2012
Mercado Europeu da Energia Eólica em 2012 (em MW)
0
5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000
Alemanha
Espanha
Reino Unido
Itália
França
Portugal
Dinamarca
Suécia
Países Baixos
Irlanda
Grécia
Polônia
Áustria
Bélgica
Romênia
Bulgária
Hungria
República Checa
Finlândia
Lituânia
Estônia
Chipre
Luxemburgo
Letônia
Eslováquia
Eslovênia
Malta
Fonte: EWEA, relatório anual de 2012
Energia eólica produzida na Alemanha
Vestas Central Europe
convertendo-a em energia mecânica e, posteriormente, em
eletricidade através de um gerador. Os engenheiros se basearam na experiência da construção de aviões para aproveitar força do vento no projeto das turbinas eólicas modernas. Atualmente, um rotor horizontal com três pás é o mais
comum, tendo provado ser o mais mecanicamente confiável,
visualmente atraente e silencioso. Foi projetado para proporcionar um excelente desempenho do gerador com velocidades de vento entre 12 a 16 m/s, apesar de funcionar bastante bem com velocidades inferiores. Se o vento estiver muito
forte, o desempenho é reduzido para assegurar que o fornecimento à rede elétrica se mantenha em um nível constante
de energia. Modernas tecnologias de controle são utilizadas
quando as turbinas eólicas estão ligadas à rede para assegurar uma transição gradual e ‘suave’, evitando oscilações na
rede. As previsões da produção de energia eólica são extremamente confiáveis, com projeções corretas em 90% dos
casos. Assim, os fornecedores de rede elétrica podem integrar facilmente a energia eólica no planejamento necessário para a utilização de centrais elétricas. Uma turbina eólica
moderna conectada à rede é composta pelos seguintes elementos: pás do rotor, cubo do rotor, nacele (com um gerador
e possivelmente uma caixa de engrenagens), torre, fundação
de concreto e conexão à rede de distribuição elétrica.
Desempenho de uma turbina eólica
As turbinas eólicas modernas giram lentamente, produzindo energia eficaz e silenciosamente. Dependendo da sua
localização, uma única turbina de 1,5 MW produz de 2,5 a
5 milhões de kWh de eletricidade por ano, fornecendo assim
energia suficiente para 1,000 a 2,000 famílias de quatro pessoas na Alemanha, ou duas ou três locomotivas elétricas. O
desempenho de uma turbina eólica aumenta tendo conforme a área varrida pelas pás do rotor e a potência gerada pelas
três pás depende da velocidade do vento, de maneira que um
aumento de 10% na velocidade do vento aumenta o desempenho em um terço. A velocidade média do vento no local é
um parâmetro essencial para a geração de energia a partir de
de uma turbina eólica. Embora, como regra geral, torres mais
altas estejam expostas a velocidades de vento mais elevadas
e as pás gerem tanto mais energia quanto maior a sua dimensão, alguns fabricantes desenvolveram recentemente turbinas mais apropriadas para instalações localizadas nas zonas
de interior com velocidade de vento média.
Desenvolvimento da tecnologia
de turbinas eólicas desde 1985
A capacidade eólica total instalada na União Europeia (em
seus 27 países) em 2012 chegou a 11.859 MW, enquanto apenas na Alemanha foram adicionados 2.415 MW de capacidade eólica. Os 31.308 MW das turbinas eólicas instaladas
no final de 2012 conferem à indústria alemã uma posição de
destaque. A Alemanha está utilizando a sua posição pioneira
e larga experiência para fornecer ideias modernas para novas
aplicações e soluções que já demonstraram sua qualidade em
todo o mundo.
Principio de funcionamento
As turbinas eólicas são centrais elétricas modernas de alta
tecnologia com um princípio de funcionamento muito simples. As pás do rotor capturam a energia cinética do vento,
Altura do cubo
Diâmetro do rotor
Potência nominal (kW)
Diâmetro do rotor (m)
Altura do cubo (m)
Geração de energia anual (kWh)
1985
80
20
40
95
Fonte: Associação da Energia Eólica Alemã (BWE)
www.juwi.com
1990
250
30
50
400
1995
600
46
78
1.250.
2000
1.500
70
100
3.500
2005
3.000
90
105
6.900
2008
6.000
126
135
20.000
2011
7.500
127
135
app. 23.000
Wind Power
Energia
eólica
Energia Eólica Onshore
Hoje em dia, as turbinas eólicas estão situadas principalmente nas zonas costeiras ou perto delas. A energia eólica,
entretanto, está também presente em zonas mais interiores.
Para garantir alto desempenho tanto no interior quanto na
costa, foram desenvolvidas turbinas com torres altas e grandes áreas de varrimento. Lugares nas montanhas e nos planaltos são especialmente indicados para o aproveitamento de
energia eólica. Foi desenvolvida uma vasta gama de turbinas
para todos os tipos de aplicações. A indústria eólica alemã
tem mais de 20 anos de experiência no setor da energia eólica moderna.
Turbinas ligadas à rede elétrica
As turbinas eólicas são montadas em grupos – os chamados parques eólicos – e também em unidades independentes.
As unidades independentes normalmente fornecem energia
diretamente à rede existente. Quando os parques eólicos são
montados, os custos de conexão à rede são normalmente elevados (cabos de condução a rede elétrica para a passagem de
energia, unidades de controle e estações de transformação).
Atualmente, os parques eólicos representam a maioria das
novas instalações na Europa.
Repowering (Substituição de turbinas eólicas)
As pequenas turbinas estão cada vez mais sendo substituídas por outras maiores e mais modernas. Na Alemanha, existe um grande potencial para o repowering – o número de turbinas que existe atualmente pode ser reduzido em médio e
juwi
longo prazo, enquanto o desempenho pode ser aumentado
substancialmente. Ao mesmo tempo, o repowering cria um
mercado para as turbinas usadas, que podem ser úteis, por
exemplo, em soluções como sistemas independentes.
Sistemas independentes
Os sistemas independentes são montados em áreas onde a
rede pública está demasiado afastada ou onde as conexões à
rede podem ser demasiado caras. Nestes lugares, o objetivo
não é instalar a maior turbina eólica possível, mas sim uma
que se adapte às condições e necessidades do local. Uma turbina com capacidade entre 100 a 330 kW, por exemplo, pode
ser a melhor opção para um povoado com uma pequena rede
de distribuição elétrica.
Integração na rede elétrica
A expansão do mercado de energia eólica apresenta novos
desafios à rede de energia elétrica. A rede de transmissão
de eletricidade tem de ser ampliada para poder transmitir
a energia eólica, normalmente concentrada em zonas com
níveis elevados de vento, aos centros onde são consumidas as
maiores quantidades de eletricidade. Como a quantidade de
energia eólica fornecida à rede oscila consideravelmente de
acordo com as condições meteorológicas, as centrais elétricas convencionais devem ser capazes de reagir a flutuações
no fornecimento elétrico ao mesmo tempo que, do ponto de
vista da demanda, deva existir maior flexibilidade no sentido
de controlar a sobrecarga.
juwi
Bundesverband WindEnergie e.V.
Estação de transformação
Vestas Central Europe juwi
juwi
juwi
www.juwi.com
Wind Power
Energia
eólica
Energia Eólica Offshore
Com ventos mais fortes e constantes, as turbinas eólicas no
mar têm rendimento entre 40% e 60% superior àquelas instaladas em terra. As turbinas eólicas offshore têm um potencial enorme. Em longo prazo, os parques eólicos marítimos
na Alemanha serão capazes de atender 15% da demanda por
eletricidade do país até 25.000 MW de capacidade, de acordo
com os planos do governo alemão. Atualmente, quase todos
os fabricantes de turbinas estão desenvolvendo e produzindo uma nova geração de turbinas eólicas offshore, maiores
e mais rentáveis, com capacidades de até 6 MW por turbina ou mais – embora a maioria das turbinas instalada atualmente tenha capacidade entre 2,3 a 3,7 MW. Os parques eólicos offshore têm sido planejados e construídos em águas com
profundidades de 30 metros ou mais, o que tornam necessários novos projetos para as fundações de concreto. Além de
precisarem estar conectados à rede, necessitando cabos submarinos, os parques eólicos offshore precisam se estender ao
longo da costa para permitir o fluxo da eletricidade gerada.
Estes parques estão criando novos incentivos para a indústria e para o mercado de trabalho, especialmente para as
empresas de prestadoras de serviços e de serviços públicos
que tenham boa atuação no mar. Zonas costeiras economicamente debilitadas, onde a indústria pesqueira e de construção naval estão sofrendo, serão as que mais se beneficiarão
com este desenvolvimento. No final de 2011, os parques eólicos instalados no mar podiam ser encontrados em doze países, nove deles na Europa e algumas instalações de menor
dimensão na China e no Japão.
A capacidade total instalada em alto mar chegou aos
4.000 MW, ou 1,8% da capacidade eólica total em todo o
mundo. Turbinas eólicas com capacidade de 700 MW foram
adicionadas em 2011 em novos parques eólicos offshore na
Dinamarca, Reino Unido, Alemanha, Suécia e China. Em
Maio de 2011, começou a funcionar o primeiro parque eólico
offshore localizado na costa alemã do Mar Báltico, com uma
capacidade total de 48 MW (Baltic 1). Ademais, vários projetos encontram-se agora em fase de planeamento.
Perspectivas
Após a queda do mercado eólico internacional, espera- se
uma redução dos custos e uma otimização tecnológica no
tempo de desenvolvimento da energia eólica. O Conselho
Global de Energia Eólica (GWEC) estima que em 2030 a
energia eólica seja a fonte de energia ambientalmente correta, atendendo de 15 a 17,5% da demanda global por eletricidade, dependendo de como esta se desenvolver. Os parques
eólicos, tanto onshore quanto offshore, terão um papel cada
vez mais importante nos esforços internacionais para conter
os efeitos das mudanças climáticas. Com o desenvolvimento deste mercado, as medidas para otimizar a rede existente
deverão ser prioritárias, principalmente no que diz respeito à
sua ampliação. Nos próximos anos, a expansão internacional
da energia eólica dependerá da regulação das politicas energéticas e do planejamento urbano – mencionando-se apenas duas áreas. Os requisitos essenciais incluem a designação
de áreas adequadas para os parques eólicos nas zonas costeiras e no mar, a eliminação das restrições à altura das torres, a ampliação da infraestrutura de rede, o financiamento
das tecnologias de armazenamento e a criação de incentivos
para a mudança de matriz energética como alternativa para
um desempenho mais eficiente. Na Alemanha, estão sendo
tomadas medidas para ampliar a rede elétrica e melhorar
seu aproveitamento, por exemplo, através do monitoramento da temperatura. Estas melhorias irão transformar as redes
de energia existentes em redes inteligentes. A utilização de
novas tecnologias de armazenamento, tais como o armazenamento por ar comprimido, possibilidades de armazenamento de veículos elétricos, transformação do excesso de energia eólica em gás solar, melhor gestão da potência nos setores
privado e industrial, assim como a ligação entre a geração de
energia descentralizada às chamadas centrais elétricas virtuais – tudo isto oferece um potencial significativo para a
perfeita integração da energia eólica.
BARD-Gruppe
REpower Systems AG / Jan Oelker
Stiftung Offshore Windenergie/DOTI, 2009
www.juwi.com
Energia FotovoltaicA
Photovoltaics
Energia Solar
Utilização direta da energia solar
baterias. Conforme o armazenamento da energia ganha mais
importância, os sistemas com acumuladores ampliam sua
participação no mercado. Os sistemas fotovoltaicos podem
ser concebidos como sistemas independentes ou como sistemas conectados à rede. Nos sistemas independentes, a geração de energia atende necessidades energéticas específicas,
ou seja, se for necessário, é possível armazenar a energia em
acumuladores ou complementá-la com uma fonte de energia
adicional (sistema híbrido). Nos sistemas conectados, a rede
elétrica pública funciona na prática como meio de armazenamento de energia.
O sol fornece mais energia à Terra em uma hora do que aquela que é utilizada em todo o mundo em um ano. A utilização
direta da energia solar pode ser dividida em dois tipos: energia térmica (geração de calor ou eletricidade) e fotovoltaica
(geração de eletricidade). Esta apresentação descreve a conversão direta da luz solar em energia elétrica. Graças aos seus
vários anos de experiência, os fabricantes alemães fornecem
sistemas e produtos fotovoltaicos de qualidade superior que
têm grande procura em todo o mundo.
Eletrodo
negativo
Camada
de bloqueio
Silício não
purificado tipo n
painel solar
módulo solar
gerador solar
Vantagens da geração fotovoltaica de energia:
Ausência de ruído e emissões.
Silício não
purificado tipo p
▪▪ Sistemas perfeitamente integrados ao ambiente urbano,
Eletrodo
positivo
principalmente telhados. Discretos, podem ser instalados
em superfícies que antes não eram utilizadas, constituindo
um bom uso do espaço urbano para a produção de eletricidade.
▪▪ Grande abrangência de aplicações, desde as mais simples – como máquinas calculadoras de bolso – até a produção de energia em residências e grandes centrais com
um desempenho de vários megawatts.
▪▪ Ausência de peças móveis, conferindo longa vida útil aos
sistemas.
▪▪ Alta sustentabilidade ambiental: a utilização e eliminação
de silício não representam qualquer perigo para o meio
ambiente.
Painéis solares e módulos solares
Os painéis solares convertem a luz do sol em eletricidade
através do efeito fotovoltaico (fóton = luz). Embora as células de silício mono e policristalinas sejam as mais conhecidas atualmente, a presença de outras tecnologias no mercado tem aumentado a cada ano. O módulo solar é formado por
um conjunto de painéis fotovoltaicos ligados eletricamente entre si e dispostos entre duas lâminas de vidro. Ao selecionar os módulos fotovoltaicos, é importante levar em conta
não apenas o custo do módulo (preço por quilowatt), como
também os custos do sistema por quilowatt-hora produzido (custo de produção). Apesar da variação dos preços dos
sistemas fotovoltaicos nos diferentes países devida aos custos locais e de disponibilidade, locais diretamente expostos a
altos níveis de radiação solar fazem com que os investimentos sejam mais lucrativos.
A indústria fotovoltaica alemã –
um parceiro de confiança
Só na Alemanha, cerca de 7.600 MW de capacidade em painéis solares foram instalados em 2012, aumentando assim
a potência instalada total para 32.389 MWp. Testados para
garantir perfeita compatibilidade, os produtos alemães apresentam um nível elevado de integração ao sistema e são flexíveis para permitir sua adaptação a características específicas. Os inversores mais eficientes do mundo são fabricados
na Alemanha.
Sistemas fotovoltaicos
Dependendo do tipo de aplicação, os módulos são configurados e ligados a sistemas completos com inversores, reguladores de carga, cabos, baterias e outros componentes.
Atualmente, apenas sistemas autossuficientes contam com
SOLARWATT AG
Fronius Deutschland GmbH
BSW-Solar Wagner & Co, Cölbe
Energiebau
SMA Solar Technology AG
Bosch Solar Energy AG
ENERGYSYSTEMS
www.intersolar.com
www.juwi.com
www.smart-energy.ag
www.solarlog.com
Photovoltaics
Sistemas fotovoltaicos ligados à rede
Princípios da instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica
▪▪ Geração de energia – os painéis solares geram energia elé-
trica (corrente contínua) a partir da luz solar que incide diretamente sobre eles. Conversão da energia – a corrente contínua é convertida em corrente alternada como a
que é utilizada na rede elétrica. Esta conversão é realizada
pelo inversor de carga elétrica, que também regula o modo
correto de funcionamento de acordo com as condições de
radiação e inclui dispositivos de monitoramento e de proteção.
▪▪ Utilização da energia – dependendo do tipo de ligação, a eletricidade gerada é totalmente fornecida para as
redes públicas ou imediatamente utilizada no suprimento doméstico para posterior fornecimento do excedente para a concessionária de energia elétrica. Comparando
com a instalação de um sistema desconectado, os custos dos sistemas integrados à rede são mais baixos já que
geralmente o armazenamento de energia não é necessário.
Este é um fator que também melhora a eficácia do sistema e diminui o impacto ambiental. Os sistemas de energia
solar conectados à rede são também flexíveis em seu tamanho, podendo ser implementados em qualquer dimensão,
de 100 watts até vários megawatts. Por exemplo, em um
sistema projetado para suprir todo o consumo anual de
uma família média de quatro pessoas na Alemanha, cada
casa necessitaria de um sistema fotovoltaico com capacidade de cerca de 4 ou 5 kW. Dependendo do tipo de tecno-
logia fotovoltaica utilizada, isto corresponde a uma área de
cerca de 30 ou 40 m2. Uma casa em que se utilizem eletrodomésticos de baixo consumo de energia, entretanto, uma
capacidade de 2 ou 3 kW será suficiente, o que necessitará
aproximadamente 20 m2 da área do telhado para instalação do sistema.
Opções de design
Os sistemas fotovoltaicos oferecem várias opções de design:
colocação no telhado, integração na construção do telhado e
da fachada dos edifícios, cobertura total do telhado, painéis
solares semitransparentes, sistemas combinados de proteção
solar e geração de energia fotovoltaica, sistemas com colocação independente, utilização de barreiras de proteção sonora e telhados das estações ferroviárias. As empresas alemãs
fornecem sistemas robustos, fiáveis e testados para grande
variedade de aplicações, e que também se destacam do ponto
de vista estético.
Confiabilidade do fornecimento
com sistemas fotovoltaicos
No caso de falha de energia, os sistemas fotovoltaicos conectados à rede devem de ser normalmente desconectados para
prevenir o funcionamento independente descontrolado. Contudo, um sistema conectado à rede também pode ser modificado para que, se acontecer um corte de energia (durante
tempestades ou em áreas com uma rede elétrica instável), o
sistema funcione para o suprimento emergencial de energia.
COLEXON Energy AG
S.A.G. Solarstrom AG
Painéis solares fotovoltaicos conectados à rede de grande escala
Wagner & Co, Cölbe Fronius Deutschland GmbH
Instalação de painéis fotovoltaicos
Inversor fotovoltaico
Painéis montados em telhado plano
SUNSET Energietechnik GmbH
Inversores e interruptores CC
Wagner & Co, Cölbe
Painéis fotovoltaicos como
revestimento externo
ENERGYSYSTEMS
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www.juwi.com
www.smart-energy.ag
www.solarlog.com
Solon AG, W. Murr
Cobertura de painéis fotovoltaicos
Photovoltaics
Tendências futuras
Outras tecnologias
Atualmente, a maioria dos painéis solares utilizados no
mundo é feita de silício cristalino. No futuro, painéis solares
de película fina tendem a ganhar mais espaço graças, dentre
outras vantagens operacionais, à matéria-prima mais barata,
a uma superfície mais homogênea. Hoje, entretanto, os painéis solares de película fina ainda funcionam com um fator
de eficiência mais baixo, por isso exigem uma área de instalação maior para atingirem a mesma capacidade de desempenho dos módulos de silício cristalino. Além disso, já começam a ser disponibilizados no mercado os concentradores
solares fotovoltaicos (CPV), que utilizam lentes para direcionar os raios do sol sobre os painéis solares, cuja função principal é utilizar uma quantidade menor de material fotovoltaico semicondutor de valor elevado para absorver uma maior
quantidade de luz solar. A eficácia varia entre 20% e 30%.
A energia fotovoltaica orgânica (OPV) continua sendo pesquisada e imita os processos fotossintéticos que existem na
natureza.
Possíveis aplicações
No futuro, a energia fotovoltaica será utilizada cada vez mais
em vários aspectos de nossas vidas e a tendência para a utilização de módulos solares como um elemento arquitetônico
irá continuar, como os painéis semitransparentes para fachadas de vidro. Desta maneira, o design, a produção de energia não contaminante e a proteção solar competente andarão
lado a lado. Os painéis solares flexíveis, tanto os cristalinos
como os de película fina, abrem novos horizontes e se adequam a uma grande variedade de aplicações. Hoje em dia, os
módulos flexíveis de película fina, leves e sem vidro já estão
disponíveis e podem, por exemplo, ser integrados aos telha-
Painel solar orgânico
Fraunhofer ISE
Módulo de painel solar orgânico
dos das casas ou aplicados nos tetos de veículos ou barcos.
Ademais, estão sendo pesquisadas aplicações mais abrangentes, tais como a integração de painéis solares em roupas ou
toldos.
Integração à rede elétrica
A expansão contínua dos sistemas fotovoltaicos – especialmente em zonas rurais onde há grande alimentação e energia fotovoltaica à rede e baixa utilização local – exigirá uma
ampliação das redes de distribuição de energia local. A
indústria fotovoltaica alemã está desenvolvendo inversores
modernos que podem aumentar consideravelmente a capacidade de carga da rede de distribuição, reduzindo, assim, seu
custo de ampliação.
Responsabilidade do fabricante
e reciclagem dos produtos
Os módulos fotovoltaicos contêm materiais que podem ser
recuperados e reutilizados tanto em novos módulos fotovoltaicos como em outros novos produtos, como o vidro, o alumínio e uma grande variedade de materiais semicondutores.
O primeiro grande grupo de sistemas fotovoltaicos existentes
será aposentado em 10 ou 15 anos e as questões relacionadas
com a responsabilidade do fabricante e a reciclagem do produto estão se tornando cada vez mais importantes. Os processos de reciclagem industrial existem tanto para módulos
de película fina como para os módulos de silício. Para assumir a responsabilidade pelos módulos fotovoltaicos ao longo
de toda a cadeia de valor – do aprovisionamento de matérias-primas à reciclagem – as empresas da indústria fotovoltaica
europeia desenvolveram, em 2007, um sistema de coleta e de
reciclagem – o “CICLO FOTOVOLTAICO”.
Processo de reciclagem fotovoltaica
Produção de painéis solares
Fraunhofer ISE
Sunicon AG
SolarWorld AG
COLEXON Energy AG
Wagner & Co Solartechnik GmbH
Sunicon AG
SMA Technologie AG
SolarWorld AG
Inversor com funções integradas
para gestão da rede
ENERGYSYSTEMS
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www.juwi.com
www.smart-energy.ag
www.solarlog.com
Resíduos de silicone
Solar thermal
Energia
Solar Térmica
Tecnologias e Aplicações do Calor Solar
O uso da energia solar para gerar calor é uma tecnologia testada e comprovada que vem sendo utilizada há décadas. A
energia solar térmica pode ser utilizada tanto para o aquecimento de água nas residências como também para o sistema
de aquecimento e refrigeração dos edifícios.
Vidro solar
Absorvedor solar
Carcaça
Isolamento térmico
Painel traseiro
Tecnologias e Aplicações
Os equipamentos solares para a geração de calor podem ser
utilizados em qualquer parte no mundo, mesmo em áreas
com baixos níveis de radiação solar. Os sistemas de energia
solar térmica têm sido normalmente utilizados na Alemanha
para o aquecimento de água de uso doméstico e para o aquecimento de moradias isoladas e casas geminadas. Nos últimos anos, foram feitos grandes esforços para introduzir a
energia solar térmica em edifícios de apartamentos, hospitais, casas residenciais, hotéis e no setor comercial. Consequentemente, os sistemas de energia solar térmica de grande
escala e de elevada qualidade estão sendo utilizados também na reforma de apartamentos para alugar, por exemplo,
em edifícios com vários andares, sem efeitos negativos sobre
os custos de energia ou sobre a renda. Em edifícios residenciais, existem dois tipos de sistemas de energia solar térmica: aqueles que são utilizados apenas para o aquecimento
de água e aqueles que fornecem também aquecimento para
os ambientes (os chamados sistemas combi). Normalmente, a energia solar consegue fornecer de 10 a 30% das necessidades totais de energia de um edifício, dependendo do isolamento da construção e das necessidades de aquecimento.
Existem também casas que empregam energia solar especial,
obtendo de 50 a 100% das suas necessidades de aquecimento
a partir da energia solar térmica.
KBB Kollektorbau GmbH
BSW-Solar/Langrock
Diferentes tipos de coletores solares
O coletor mais simples que existe é o absorvedor de plástico sem vidro, em que a água é bombeada através de tapetes
de plástico preto para, geralmente, ser utilizada no aquecimento de piscinas. O método possibilita alcançar temperaturas que variam entre 30 °C e 50 °C. Três quartos dos coletores
utilizados na Alemanha são coletores de placa lisa, em que o
absorvedor solar que converte a radiação em energia térmica é instalado numa caixa envidraçada com isolamento para
reduzir a perda de calor. Os coletores planos normalmente
funcionam em amplitudes térmicas que vão de 60 °C a 90 °C.
Os coletores de ar são um tipo de coletor de placa lisa espe-
cial no qual o ar é aquecido e, em grande parte das vezes, utilizado diretamente, sem armazenamento intermediário, no
aquecimento de edifícios.
O ar aquecido pode ser também utilizado na secagem dos
produtos agrícolas. Através da utilização de trocadores de
calor de ar e água, a água também pode ser aquecida, por
exemplo, para uso doméstico. Podem ser alcançadas temperaturas mais elevadas e graus de eficiência ainda maiores
através dos coletores de tubo a vácuo, uma vez que a perda
de calor é ainda mais reduzida através da forte pressão negativa existente nos tubos de vidro. Um coletor é composto
por vários tubos de vidro à vácuo. Graças à montagem giratória dos tubos individuais, o absorvedor plano localizado
no receptor de vidro pode ser posicionado totalmente virado para o sol. Como resultado, os coletores de tubo a vácuo
podem ser instalados praticamente na horizontal em telhados planos. Cada tubo forma um sistema fechado que transmite o calor à água mediante um circuito térmico resistente
as geadas.
Curvas de eficiência
Eficiência vs. diferença de temperatura
para vários tipos de coletores
Eficência do coletor em %
100
80
Característica do
absorvedor
60
Característica do
coletor de placa lisa
40
Característica do
tubo de vazão
20
0
0
20
40
Aquecimento de piscinas
60
Aquecimento de água
www.kbb-solar.com
100
120
140
160
Diferença de
temperatura em °C
Apoio para aquecimento de ambientes
Calor industrial
Fonte: DLR
Vantagens para os usuários
▪▪ Redução do consumo de combustíveis fósseis
▪▪ Economia substancial nas contas de aquecimento
convencional
▪▪ Custos de aquecimento mais previsíveis
▪▪ Menor dependência das importações de energia
▪▪ Contribuição direta para a redução das emissões de CO2
▪▪ Tecnologia comprovada e confiável
Perspectivas
A importância da tecnologia da energia solar térmica foi
subestimada durante muitos anos, mas a tendência de elevação nos preços da energia e o desenvolvimento de técnicas inovadoras de aquecimento solar apontam grande crescimento no futuro. Os sistemas modernos de gestão da energia
solar térmica possibilitam uma redução significativa nos preços de operação, levando assim a uma redução significativa
nos custos dos serviços no setor residencial. Na construção
de prédios residenciais, a energia solar térmica pode ser utilizada de forma que não haja efeitos negativos nos custos de
energia ou na renda.
BSW-Solar/Upmann
www.intersolar.com
80
Solar thermal
Energia
Solar Térmica
Água Quente e Aquecimento
Água quente para uso doméstico
em moradias unifamiliares
Wagner & Co, Cölbe
Esta é a aplicação mais comum para a energia solar térmica
em todo o mundo. As empresas de energia solar térmica dispõem de muitos anos de experiência na produção, planejamento e construção de sistemas de aquecimento solar e seus
componentes. Na Europa, estes sistemas são normalmente projetados para responderem a 100% da demanda total de
água quente nos seis meses mais quentes do ano. Durante os
seis meses mais frios, uma caldeira a gás, petróleo ou madeira, ou um ar condicionado com bomba de calor alimentados por um sistema de energia térmica solar fornecem água
quente. Desta maneira, aproximadamente 60% das necessidades de água quente podem ser supridas durante todo o ano
com a energia solar térmica.
Wagner & Co, Cölbe
Sistemas de água quente de grande dimensão
para uso doméstico
Os sistemas de água quente de grande dimensão para uso em
conjuntos de apartamentos, hotéis e hospitais, dentre outros,
normalmente usam coletores solares com áreas que variam
de dez até várias centenas de metros quadrados. São normalmente projetados para um nível mais baixo de cobertura
solar das necessidades de água quente e, assim, são particularmente eficazes.
1
Energia solar para aquecimento urbano
5
2
As grandes instalações solares também podem fornecer calor
para as redes urbanas de aquecimento. Nos edifícios residenciais conectados à rede, o calor é armazenado antes de
ser transferido para a água quente doméstica e para o aquecimento de ambientes. Além disso, os sistemas centrais de
aquecimento solar têm maior desempenho, possibilitando um armazenamento diferente de acordo com as épocas
do ano. O calor solar obtido durante o verão é utilizado para
aquecer um reservatório de água de grande dimensão; nos
meses de inverno, este calor solar é utilizado para aquecer as
casas que se encontram conectadas à rede.
3
4
Sistemas de energia solar térmica para o aquecimento
doméstico de água numa residência:
1) Coletor
2) Reservatório para armazenamento da energia solar
3) Caldeira
4) Estação solar
5) Equipamento de consumo de água quente
(por exemplo, chuveiro)
Sistema de circulação com uso de bomba
Combinação de água quente e aquecimento
para uso doméstico
Nos sistemas combinados, a água quente e o aquecimento de
ambientes são fornecidos através de painéis solares, permitindo uma economia maior de energia convencional. Os sistemas para residências unifamiliares normalmente necessitam de uma área de 10 a 18 m2 para o coletor. A energia solar
fornece normalmente entre 10% e 30% da demanda total de
energia de um edifício dependendo do isolamento térmico
e das necessidades de aquecimento. Existem também casas
que empregam energia solar especial, obtendo entre 50 e
100% das suas necessidades de aquecimento através da energia solar térmica.
Wagner & Co, Cölbe
A energia térmica obtida no coletor é transmitida através de
um meio de transferência de calor, que é forçado a circular
através de uma bomba, para o reservatório de armazenamento de energia. Assim, o reservatório de energia pode ser colocado no sótão, facilitando a integração da instalação solar e
da produção de calor convencional. Uma unidade de controle
monitora e controla o sistema para que exista sempre energia
térmica disponível para o aquecimento da água.
Sistemas de termossifão (convecção)
Os sistemas de termossifão são idealmente instalados em
áreas livres de geadas e o seu design é bastante simples. Fluidos quentes são menos densos do que os frios e, assim, a gravidade permite que o meio de transferência do calor circule entre o coletor e o reservatório que se encontra na parte
superior. Os sistemas de termossifão não necessitam de energia elétrica para bombas e reguladores.
Wagner & Co, Cölbe
Wagner & Co, Cölbe
www.intersolar.com
www.kbb-solar.com
Bosch Thermotechnik GmbH
Solar thermal
Energia
Solar Térmica
Refrigeração Solar
Ar condicionado solar
A tecnologia solar térmica pode contribuir significativamente para os sistemas de ar condicionado. O calor gerado num
coletor é utilizado como energia para alimentar a geração de
ar frio. Uma vantagem única desta tecnologia é que a necessidade do ar condicionado acontece justo quando o sol brilha, eliminando a necessidade de armazenar o calor ou o
frio durante muito tempo. Além de economizar combustível fóssil, esta tecnologia reduz a demanda por energia elétrica durante o verão. Espera-se que crescente demanda por
conforto nas residências, aliada à tendência de construir edifícios com fachadas de vidro maiores, aumente a procura de
sistemas de ar condicionado ambientalmente corretos. Estes
sistemas representam uma alternativa confiável especialmente em países mais quentes, onde a energia consumida
pelos equipamentos de refrigeração de compressão elétrica
já obriga as redes a trabalhar em sua capacidade máxima. Há
dois sistemas diferentes para a refrigeração solar.
te, o vapor d’água é separado do ar utilizando um desidratante, por exemplo, gel de sílica, colocado num cilindro rotativo
poroso que absorve a umidade. Durante o processo de rotação, parte do cilindro é constantemente aquecida por um
fluxo de ar aquecido pelo sol para que a umidade seja liberada no ambiente. Na primeira fase, o ar é ligeiramente aquecido e desumidificado. Depois, é resfriado até a temperatura
ambiente ao passar por uma segunda fase. A evaporação da
água fornece refrigeração contínua até o nível desejado.
Sistema Aberto de Refrigeração
Coletor solar
Humidificador
de ar
Sistemas Fechados
O calor solar é utilizado para ativar o processo de refrigeração. No processo fechado, os líquidos envolvidos não têm
qualquer contato com a atmosfera.
Wagner & Co, Cölbe
Rotor de desumidificação
Rotor de troca
Fonte: DLR
Perspectivas
As empresas e instituições de pesquisa estão desenvolvendo sistemas de refrigeração solar cada vez mais compactos,
baratos e adequados às necessidades de consumo mais baixas. Até agora, só estão disponíveis no mercado sistemas de
grande dimensão com capacidades de refrigeração de 50 a
100 kW, adequandos para a refrigeração do ar em grandes
estabelecimentos comerciais, prédios de escritórios ou centros de convenção. A comercialização de sistemas de menor
dimensão com capacidades de alguns quilowatts para uso
residencial ainda não está muito avançada. A refrigeração
solar é bastante importante em alguns países com grandes
necessidades de refrigeração. Esta tecnologia de ponta promete reduzir, em longo prazo, o consumo de energia e os custos da climatização.
Sistemas abertos
O processo aberto emprega água refrigerada em contato direto com a atmosfera. Segundo o método desidratan-
Schüco
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www.kbb-solar.com
Solar thermal
Energia
Solar Térmica
Centrais Elétricas de Energia Solar Térmica
Visão geral da tecnologia
Centrais de energia solar podem ser utilizadas em países com
abundante exposição solar com o objetivo de produzir eletricidade limpa para uso em processos industriais, como plantas de dessalinização e secagem. O princípio básico comum
destas centrais elétricas de energia solar térmica é a utilização de sistemas refletores parabólicos concentrados em parques solares de larga escala que direcionam a radiação solar
para um receptor. A radiação concentrada é depois transformada em energia térmica a temperaturas que vão de 200 a
1.000°C, dependendo do sistema. Como numa central elétrica convencional, esta energia térmica pode depois ser convertida em eletricidade através de turbinas a gás ou vapor,
podendo também ser utilizada em outros processos industriais, tais como a dessalinização, a refrigeração ou, num
futuro próximo, na produção de hidrogênio. Graças a este
princípio, as centrais elétricas de energia solar térmica se
destacam pela capacidade de armazenar a energia térmica
gerada de maneira relativamente simples e rentável, permitindo-lhes criar eletricidade mesmo durante as horas em que
não há luz solar. Desta maneira, podem dar uma grande contribuição a uma produção de eletricidade planejada de acordo com a demanda prevista, em um futuro em que a maior
parte da eletricidade procederá de fontes renováveis. Existem quatro tipos diferentes de sistemas refletores de concentração de energia solar: os sistemas de concentração linear
como a calha parabólica e os coletores Fresnel; e os sistemas
de concentração do ponto de foco como torres e discos solares (parabólicos). Todos os sistemas seguem a trajetória do
sol para concentrar a radiação direta.
Coletor cilíndrico parabólico
Coletor Fresnel
Tubo do absorvedor
Refletor
Luz
Refletor ligeiramente curvado
Tubo do
absorvedo
Refletor
Luz
Encanamento
do parque solar
O parque solar de uma central elétrica de calhas parabólicas consiste em várias filas paralelas de coletores solares compostos por refletores parabólicos que concentram a
luz solar em um tubo de absorção que atravessa a linha focal
e gera temperaturas de aproximadamente 400 °C. O óleo térmico em circulação funciona como meio de transferência de
calor, conduzindo a energia térmica a um trocador de calor
onde o vapor de água é gerado a uma temperatura que ronda
os 390 °C. Esta é então utilizada para alimentar a turbina de
vapor e o gerador elétrico, tal como acontece nas centrais elétricas convencionais.
Nos coletores Fresnel, refletores longos e ligeiramente
curvados concentram durante um longo período a radiação
solar num tubo fixo de absorção onde a água é diretamente aquecida e vaporizada. O conceito básico destes coletores é mais simples em comparação com o das calhas parabólicas, resultando em custos de investimento mais baixos para
os refletores. A eficiência anual, entretanto, será um pouco
mais baixa.
Nas centrais elétricas de torres solares, a radiação
solar se concentra em um receptor/absorvedor de calor cenINTER CONTROL
tral com centenas de refletores automaticamente posicionados. As temperaturas mais elevadas, que podem atingir
1.000 °C, possibilitam maior eficiência, especialmente quando se utilizam turbinas alimentadas a gás, reduzindo assim
os custos da eletricidade.
Central solar de torre
Receptor/Motor
Receptor central
Refletor
Helióstatos
Luz
Sistema de disco stirling
Com o chamado sistema de disco solar Stirling, um
espelho refletor parabólico concentra a radiação solar no
receptor de um motor Stirling que converte a energia térmica diretamente em energia mecânica ou eletricidade, podendo atingir um grau de eficiência superior a 30%. Protótipos
destes sistemas estão sendo testados na Plataforma Solar de
Almeria, Espanha. Apesar de serem apropriados para um
modo de funcionamento independente, estes sistemas oferecem também a possibilidade de interligar vários sistemas individuais para criar um parque solar capaz de atender a uma demanda que varia entre 10 kW e vários MW. Para
a operação economicamente eficiente de uma planta comercial de CSP é importante utilizar tecnologia otimizada para
o uso desejado, bem como considerar outros fatores como a
localização, o período de operação e os custos de investimento. Institutos e empresas alemãs se dedicam a ampliar o grau
de reflexão das superfícies dos espelhos e sua estrutura de
apoio, melhorar o grau de absorção dos tubos do receptor e
otimizar os custos dos materiais com o objetivo de possibilitar maior redução dos custos de investimento e o aumentar a
eficiência. Além disso, continuam estimulando o desenvolvimento da tecnologia de unidades motoras de maneira geral
(unidades especiais, controladores e sensores).
Perspectivas
Observa-se atualmente um rápido desenvolvimento na construção de centrais elétricas de energia solar térmica em todo
o mundo, o que significa que são esperadas grandes reduções
dos custos de geração de eletricidade nestes sistemas. Nos
próximos 5 a 10 anos, centrais elétricas de energia solar térmica bem localizadas serão capazes de competir com a eletricidade gerada por outras centrais elétricas, dependendo do
desenvolvimento dos custos gerais dos combustíveis fósseis
(preço de compra e custo de redução de emissões de CO2).
As centrais elétricas de energia solar térmica desempenharão
um papel fundamental no fornecimento global de energia no
futuro. A capacidade de armazenamento destas centrais elétricas oferece grande vantagem para a futura matriz energética devido à sua capacidade de armazenar energia para outras
fontes de energia renováveis sujeitas a maiores flutuações.
Outra aplicação seria a dessalinização da água do mar. As
empresas alemãs são pioneiras internacionais no que diz respeito a toda a cadeia de valor das centrais elétricas de energia
solar.
Novatec Solar GmbH Flabeg Holding GmbH
www.flabeg.com
www.intercontrol.de
Luz
Bioenergia
Geração de Calor
e Energia a partir da Biomassa Sólida
Através da fotossíntese, as plantas conseguem gerar biomassa e, assim, armazenar energia. A biomassa pode ser utilizada
para produzir combustível, calor e energia, e inclui resíduos
de madeira, resíduos florestais, resíduos orgânicos, estrume
e outras substâncias de origem vegetal e animal. A biomassa
é apropriada para a produção de combustíveis sólidos, líquidos e gasosos para serem utilizados no transporte e na geração de calor e energia.
CO2
100 %
CO2
100 %
Decomposição
Combustão
O ciclo de CO2 das plantas
Wagner & Co, Cölbe
Sólido
▪▪ Resíduos de madeira;
▪▪ Resíduos de produtos de caules;
▪▪ Cultivo de culturas para geração
de energia (produtos de madeira e
caules).
Gasoso
▪▪ Biogás;
▪▪ Biogás de esgoto;
▪▪ Gás de aterro.
Geração de calor
e energia a partir da biomassa sólida
Além de ser a fonte de energia renovável mais comumente
utilizada, a biomassa sólida é usada para gerar energia desde
há muito tempo. A biomassa sólida engloba todo tipo de
material vegetal seco, tais como os provenientes das plantas e
partes de caules. A energia que se libera durante a combustão
da biomassa sólida nos sistemas de aquecimento modernos
é utilizada de maneira muito eficiente. A madeira é a fonte
de energia primária normalmente encontrada em forma de
pequenos troncos, lascas e pellets de madeira.
Líquido
▪▪ Óleo vegetal;
▪▪ Biodiesel;
▪▪ Bioetanol;
▪▪ Biocombustíveis sintéticos.
▪▪ A utilização da biomassa ajuda a atenuar os problemas de
eliminação de resíduos municipais, fornecendo simultaneamente energia.
▪▪ Zonas rurais e com grandes superfícies com árvores se
beneficiam duas vezes da utilização de bioenergia: através
da geração e manutenção de empregos na agricultura e silvicultura e do processo de conversão de bioenergia. O cultivo de culturas para a geração de bioenergia também proporciona novos negócios aos agricultores.
▪▪ A bioenergia utiliza a produção de energia descentralizada
e cria um ciclo de material e energia.
▪▪ A combustão de biomassa somente libera a quantidade de
dióxido de carbono que as plantas absorveram anteriormente enquanto estavam em fase de crescimento. Para o
equilíbrio biológico do CO2 é indiferente se a madeira se
mantém na floresta ou se é recolhida para produzir energia!
Visão geral do mercado
Madeira maciça
Maravalha
Os pellets de madeira são geralmente compostos de serragem ou maravalha e .podem ser distribuídos em caminhões,
como no caso do óleo para aquecimento, ou sacos. O espaço
necessário para armazenar os pellets não é maior que o espaço ocupado para a instalação de um sistema de aquecimento a óleo. Eles podem também ser queimados em fornalhas,
como em grandes sistemas de aquecimento automático central ou mesmo em centrais elétricas. Os pellets são transportados automaticamente do tanque de armazenamento até o
forno por meio de transportadores a hélice ou alimentadores
de sucção a ar.
Em todo o mundo, a utilização da biomassa sólida é da máxima importância no fornecimento de energia. Devido à sua
amplia utilização não comercial (isto é, para aquecimento
residencial e para cozinhar) nos países em desenvolvimento, em 2010 a biomassa sólida era, de longe, a fonte de energia renovável mais utilizada, representando 9,2% do fornecimento total de energia primária em todo o mundo ou 70,3%
do fornecimento global de energias renováveis. Na Alemanha, a proporção de bioenergia (incluindo a biomassa sólida,
líquida, gasosa, fração de resíduos biogênicos e combustíveis
biogênicos) no consumo total de energia final foi de 8,4% em
2011, equivalente a 67% do fornecimento com base em energias renováveis na Alemanha.
Vantagens da bioenergia
▪▪ A bioenergia pode ser armazenada e oferece várias possi-
bilidades. Pode ser fornecida em qualquer momento para
ir ao encontro de diferentes necessidades. Isto se aplica
tanto às matérias-primas, tais como a madeira, como aos
produtos intermediários e finais, como o biogás e o bioetanol.
www.envitec-biogas.com
www.nolting-online.com
Schmack Biogas AG
Bioenergia
Biomassa Sólida e Biocombustíveis Líquidos
Caldeiras de biomassa e Caldeiras
de gaseificação de madeira
Os fornos e caldeiras manuais, parcial ou totalmente automatizados e com sistemas de combustão regulados eletronicamente foram desenvolvidos para o processo de queima da
madeira. Os sistemas de combustão podem atingir um nível
de eficiência de até 90% e produzem baixos níveis de emissões. Encontra-se disponível no mercado uma vasta gama de
sistemas, desde pequenas caldeiras para o aquecimento residencial direto a caldeiras de biomassa para o fornecimento
eficiente de calor através de redes urbanas de aquecimento.
A biomassa sólida pode ser utilizada também para gerar eletricidade em centrais cogeradoras de calor e energia. O calor
residual produzido como resultado desta geração de eletricidade é utilizado, por exemplo, para alimentar as redes de
aquecimento locais e urbanas ou na indústria como forma
de energia térmica para aplicações industriais. O calor residual pode ser utilizado para obter energia de arrefecimento com objetivos industriais, armazéns frigoríficos ou para os
sistemas de ar condicionado dos edifícios. Além da combustão, a biomassa sólida também pode ser gaseificada para produzir eletricidade e calor. Dependendo das características do
material de combustão e da capacidade do sistema, podem
ser selecionados gaseificadores com leito fixo, leito fluidificado ou fluxo arrastado. O gás da madeira resultante é depois
queimado em sistemas de motor de combustão ou turbinas a
gás para gerar eletricidade. Neste caso também, o nível total
de eficiência pode ser significativamente aumentado ao utilizar o calor residual através da combinação da produção de
calor e de energia. O biodiesel é obtido a partir da utilização
do gás da madeira, e é uma técnica alternativa que está sendo
testada em centrais-piloto na Alemanha.
Biocombustíveis líquidos
O biodiesel e o bioetanol são atualmente os biocombustíveis
mais importantes. As matérias-primas adequadas ao biodiesel são partes de plantas que contêm uma grande quantidade de óleo, como as sementes de colza, sementes de jatropha (plantas da família da mamona) e de girassol, amêndoa
de palmeira, sementes de soja e outras oleaginosas. O bioetanol é produzido a partir da biomassa que contém açúcares ou
amidos. Os biocombustíveis são principalmente utilizados
em aplicações móveis.
Vantagens em relação aos combustíveis
convencionais:
▪▪ O armazenamento e tratamento de biocombustíveis são
menos perigosos para as pessoas e para o ambiente em
comparação com os combustíveis convencionais;
▪▪ Mesmo os principais acidentes e derramamentos são
quase inofensivos do ponto de vista ecológico, já que os
combustíveis se decompõem de forma relativamente rápida na biosfera.
▪▪ A utilização de biocombustíveis reduz as dispendiosas
importações de petróleo.
▪▪ Os biocombustíveis, tais como a biomassa sólida e gasosa,
são praticamente neutros em termos da geração CO2 quando queimados, daí não terem qualquer impacto adicional
na atmosfera.
Bioetanol
Tal como o álcool convencional, o bioetanol é produzido a
partir da fermentação de açúcares com a utilização de leve-
duras, seguindo-se um processo de purificação. Se forem
usados cereais, os amidos são, em primeiro lugar, convertidos em açúcares através de enzimas, gerando um subproduto conhecido como os grãos secos de destilaria com solúveis (DDGS). Com um conteúdo proteico de 30%, os DDGS
são um alimento valioso e rico em proteínas para animais. Os
subprodutos resultantes da produção do bioetanol a partir da
beterraba sacarina são a vinhaça e a polpa de beterraba, utilizadas como alimentação animal ou fertilizante. Cada litro
de bioetanol produzido resulta num quilograma de DDGS ou
600 g de vinhaça e polpa de beterraba.
Capacidade por hectare de matérias-primas
para a produção de bioetanol
A capacidade por hectare das diferentes matérias-primas utilizadas na produção de bioetanol varia drasticamente. Por
exemplo, um hectare de beterraba sacarina produzirá combustível para 80.300 quilômetros e – em contraste com um
hectare de cana-de-açúcar – seus subprodutos correspondem
a um terço das necessidades proteicas anuais de uma cabeça
de gado.
Matéria-prima
Quilómetros por hectare
Trigo
Açúcar de
beterraba
Cana de
açúcar
80.300 km
77.500 km
+
+
+
36 %
74 %
0%
Fuente: BDBe
Biodiesel
Depois de extrair o óleo a partir de partes de plantas oleaginosas, este é reesterificado em um sistema de produção químico para a geração de biodiesel. Durante a extração de óleos
vegetais, são produzidos também grãos de colza ou soja, que
podem ser utilizados como alimento rico em proteínas para
o gado. Cada 100 kg de colza produz aprox. 57 kg de grãos e
43 kg de óleo. Uma vez extraído e refinado, o óleo é depois
transesterificado em éster metílico de ácido graxo (FAME/
biodiesel), ao adicionar-se metanol e um catalisador.
Perspectivas
Além do desenvolvimento contínuo de tecnologias comprovadas para a produção do que são agora biocombustíveis
comuns, há o desejo de se desenvolver novas tecnologias que
utilizem recursos biogênicos alternativos. Os processos para
a geração de biocombustíveis baseados numa grande variedade de substratos (inclusive madeira e palha) e resíduos
estão atualmente sendo desenvolvidos. Os combustíveis “biomassa para líquido” (BtL) mostram excelente potencial para
o combate às emissões de gases de efeito estufa. O processo
BtL envolve a gaseificação térmica da biomassa, seguida pela
purificação e liquefação do gás resultante da síntese.
Outro processo que se encontra em processo de pesquisa é
o desenvolvimento e lançamento da produção de biodiesel a
partir de algas com alto conteúdo oleaginoso.
35.000 km
Percentagem da necessidade
da proteína de vaca por ano
Bioenergia
Biogás – Electricidade e Calor a Partir do Biogás
O biogás produzido a partir da digestão anaeróbia da matéria orgânica é utilizado em todo o mundo para fornecer energia em diversas formas: na combustão de biogás nas centrais
cogeradoras, para a geração de energia utilizando o calor
residual, para a conversão de biogás em biometano para uso
direto na rede de gás natural, como combustível para veículos a gás natural ou diretamente para cozinhar e para a
obtenção de aquecimento.
Produção de biogás
O biogás pode ser obtido a partir de diversas fontes, como
resíduos orgânicos de aterros sanitários (gases de aterro),
águas residuais urbanas (gás de esgoto) e resíduos orgânicos, industriais, comerciais, domésticos e agrícolas, além de a
partir de culturas geradoras de bioenergia. Em geral, as centrais de biogás agrícolas utilizam adubo líquido como matéria-prima. As fontes de energia renováveis – como o milho,
cereais e outras culturas energéticas como o girassol, a erva
do Sudão, as beterrabas sacarinas, os rabanetes oleaginosos, o sorgo açucarado e outros – são utilizadas cada vez mais
para aumentar o rendimento do gás. As instalações comerciais também processam águas residuais (procedente das
estações de tratamento), dejetos da produção de alimentos,
restos alimentícios e resíduos graxos e de matadouros. O biogás é produzido a partir da fermentação de substâncias orgânicas em um ambiente livre de ar e oxigênio. Este processo
utiliza várias bactérias anaeróbias, cuja composição depende da existência de matéria-prima orgânica e de condições
específicas de pH e temperatura. Um fator decisivo na produtividade das centrais de biogás é determinado pelos processos microbiológicos que ocorrem durante a fermentação. A
recuperação de energia a partir de resíduos orgânicos representa uma relação importante na cadeia de eliminação dos
resíduos biogênicos. As centrais de biogás podem também
funcionar como fonte de criação de valor local. As empresas
localizadas nas proximidades das centrais de biogás podem
se beneficiar de uma fonte de calor constante e, acima de
tudo, confiável. O biogás é constituído por 50 a 70% de metano, o componente energeticamente mais utilizado, por 25 a
45% de dióxido de carbono, quantidades mínimas de água
(2–7%) e gases como o sulfureto de hidrogênio, amônia e
hidrogênio. Além do próprio biogás, é gerado um digestor –
um subproduto composto de uma mistura de água, minerais
e substâncias orgânicas que ainda não foram decompostas –
que pode ser utilizado como um fertilizante de alta qualidade
na agricultura, fechando assim o ciclo nutritivo com o cultivo
de culturas para a geração de bioenergia,
Cogeração de calor e eletricidade a partir
do biogás
As centrais cogeradoras produzem eletricidade e calor a partir do biogás com grande eficiência. A eletricidade produzida pode ser fornecida à rede pública ou utilizada fora dela. O
calor residual produzido pode ser utilizado em sistemas para
transporte de produtos acabados, na geração de energia adicional, no aquecimento e secagem de produtos agrícolas ou
no funcionamento de refrigeradores.
Perspectivas
A capacidade de processar biogás com a qualidade de gás
natural (biometano, concentração de metano de 98%) e de
fornecê-lo à rede de gás natural tem grande potencial, permitindo que o biogás seja utilizado em locais com uma exigência de calor adequada e viabilizando eficiência máxima na
cogeração de calor e eletricidade.
Schmack Biogas AG
BioConstruct GmbH
Fermentadores
SEVA Energie AG SEVA Energie AG
Central termoeléctrica
Motor numa central
termoeléctrica
EnviTec Biogas AG
Controle do dispositivo
Oleoduto de biometano
MT-Energie GmbH
Higienização
Processo de monitorização em laboratórios
Fermentadores
Energie aus besseren Ideen.
www.farmatic.com
Vista interna do fermentador
Energia Hidroelétrica
Utilizando a Força da Água
Energia hidroelétrica: uma história de sucesso
As usinas hidroelétricas podem gerar eletricidade de forma
rentável e a preços vantajosos durante mais de 100 anos.
A combinação de alta segurança operacional, confiabilidade
do suprimento e custos cada vez mais elevados dos combustíveis fósseis torna a energia hidráulica uma fonte básica de
eletricidade barata e rentável. Dado que alguns tipos de usinas hidroelétricas podem armazenar energia e fornecer eletricidade de forma rápida conforme as exigências do mercado, estas são de grande importância para a estabilidade da
rede de distribuição elétrica. As centrais de energia hidroelétrica reduzem a dependência das importações de energia e os
riscos delas derivados. Em áreas sem um sistema abrangente de fornecimento de energia, a energia hidráulica pode ser a
base para o desenvolvimento econômico regional.
a demanda e houver excesso de capacidade (por ex. à noite),
a água é bombeada do reservatório inferior para o superior,
permanecendo ali até ser necessária para gerar eletricidade
durante períodos maior demanda. O gerador é acionado por
turbinas de impulso, das quais se destaca a chamada roda de
Pelton.
Usina hidroelétrica com barragem
Tecnologias e Aplicações
Existem três tipos básicos de usina hidroelétrica: as fio
d’água, as de acumulação e as de armazenamento por bombeamento. O tipo mais comum utilizado em todo o mundo é
a usina de fio d’água, que utiliza a energia do fluxo de água de
um rio. Essas centrais conseguem obter um fator de eficiência de quase 94% e são geralmente utilizadas para abranger
a carga de base. A capacidade usina é determinada pela velocidade do fluxo e pelo nível da água. Algumas usinas de fio
d’água conseguem armazenar água quando a demanda energética é reduzida para depois utilizá-la nas épocas de maior
demanda. Um tipo específico de usina de fio d’água é a usina
de derivação, em que a água é represada por uma barragem e redirecionada através de um canal de admissão separado para acionar as turbinas. Em uma usina de fio d’água
padrão, existe apenas uma ligeira diferença em altitude entre
o nível superior e o nível inferior da água, enquanto uma
usina hidroelétrica de derivação explora a maior diferença
de altitude criada pelas barragens. Em uma usina hidroelétrica de acumulação, a água é armazenada em um lago natural ou artificial e depois levada por tubulação a estações elétricas localizadas em zonas mais baixas. Como as usinas de
acumulação funcionam independentemente do fluxo de água
natural, são ideais para equilibrar as flutuações entre a produção e o consumo de eletricidade tanto em nível regional
quanto nacional. As usinas de armazenamento por bombeamento, por sua vez, utilizam dois reservatórios para armazenar a água, com a maior diferença possível entre a altitude do reservatório superior e inferior. Se a geração exceder
Turbinas
O tipo de turbina utilizado depende da velocidade do fluxo e
da pressão hidráulica. Um dos tipos mais antigos é a turbina
Francis, ainda utilizada principalmente em centrais de energia hidráulica de pequeno porte e adequada para baixas pressões e média velocidade de fluxo. As turbinas do tipo Parafuso de Arquimedes (hidrodinâmicas) podem também ser
utilizadas em pressões baixas e para pequenas capacidades.
As turbinas Kaplan e tubulares são utilizadas para pressões
baixas e caudais elevados, sendo adequadas para capacidades de água oscilantes. A turbina Pelton é adequada para elevadas pressões e baixos caudais. As turbinas de fluxo direto
são utilizadas para pressões e caudais baixos e têm geralmente capacidade energética limitada.
NaturEnergie AG
ANDRITZ HYDRO
Voith Siemens Hydro Power Generation
NaturEnergie AG
Energia Hidroelétrica
Energia Hidráulica de Pequeno Porte
Embora não haja consenso internacional acerca do que define a energia hidráulica como “de pequeno porte”, tratase de energia renovável, limpa, rentável e de baixo impacto ambiental e social. Na China, por exemplo, “pequeno
porte” pode se referir a capacidades até 50 MW; na Índia,
até 25 MW; e na Suécia, até 1,5 MW. No geral, a Associação
Europeia de Energia Hídrica de Pequeno Porte (European
Small Hydropower Association – ESHA) e a Comissão Europeia aceitam como pequeno porte uma capacidade total de
até 10 MW.
ANDRITZ HYDRO
ANDRITZ HYDRO
Principais turbinas utilizadas em hidroelétricas
de pequeno porte:
A turbina Francis é utilizada sobretudo em microusinas.
Em forma de espiral, é adequada para baixas pressões e caudais médios. Apenas o distribuidor é adaptável.
Outras turbinas utilizadas em usinas hidroelétricas de pequeno porte:
▪▪ Turbinas de fluxo direto pressões e caudais baixos,
geralmente com limitada capacidade energética.
▪▪ Turbinas Pelton, apropriadas para pressões elevadas e
caudais baixos.
▪▪ Turbinas de Parafuso de Arquimedes podem também ser utilizadas para baixas pressões e pequenas capacidades.
www.solarpraxis.de/M.Römer
Na Alemanha, novas usinas hidroelétricas de pequena dimensão com uma capacidade de 100 a 1000 kW custam entre 4.000 e 6.000 EUR por kW. Com cargas de funcionamento típicas de 3.000 a 5.000 horas de plena carga
por ano, os custos de geração de eletricidade destes sistemas estão entre 10 e 23 centavos por kWh. Os custos de geração de eletricidade para sistemas de pequeno porte abaixo
dos 100 kW são, por vezes, bem mais elevados. Os sistemas
de energia hidráulica de pequeno porte são, essencialmente,
de fio d’água com apenas um pequeno reservatório ou, ainda,
sem represamento. O custo para a construção de centrais
hidroelétricas está basicamente ligado à capacidade instalada, dependendo também da altura da queda, de outras condições de localização e especialmente de fatores ambientais.
Usina de fio d’água
OSSBERGER GmbH + Co
Turbina Pelton
Turbina de fluxo direto
Estas turbinas funcionam no sentido oposto, devido à bomba
do Parafuso de Arquimedes, e podem alcançar eficiências
mais elevadas do que outras turbinas em baixas alturas de
água, mesmo funcionando abaixo da capacidade. A turbina
de Parafuso de Arquimedes apresenta baixos custos de construção e é uma boa opção para a substituição de turbinas
pequenas ou rodas de água que precisam ser renovadas.
Perspectivas
A otimização e a modernização das usinas hidroelétricas
existentes oferecem também o potencial para colocar em funcionamento sistemas de energia hidráulica de grande dimensão ecologicamente corretos. A condição ecológica da água
pode ser seletivamente melhorada ao se concretizar medidas de compensação ecológica adequadas, como a instalação
de rotas migratórias para peixes, melhorando a diversidade estrutural no reservatório da central elétrica (por ex., com
camadas de brita), reformulando a margem do rio ou concebendo um controle de água mínimo adequado. As soluções
naturais como os riachos que circundam a usina facilitam a
migração de peixes e de outras pequenas criaturas. A velocidade do fluxo pode ser reduzida através de pedras ou objetos
de plástico, dando oportunidade aos peixes de repousarem
ou se esconderem.
F. Kerle/Universität Stuttgart
OSSBERGER GmbH + Co
Passagem para peixes
OSSBERGER GmbH + Co
Usina de fio d’água de pequeno porte
Usina de fio d’água
Energia Geotérmica
Calor Geotérmico
A energia geotérmica é o calor acumulado debaixo da superfície terrestre: quanto maior a profundidade em direção ao
centro do planeta, mais calor há. Para cada 100 metros de
profundidade da superfície terrestre, a temperatura aumenta uma média de aproximadamente 3 °C. Hoje estima-se que
no núcleo da Terra as temperaturas variem entre 5.000 °C e
6.000 °C. De acordo com os padrões humanos, o calor armazenado na Terra é ilimitado. A energia geotérmica disponível na crosta terrestre provém fundamentalmente da desintegração radioativa – o calor residual da época em que o nosso
planeta se formou.
Crosta (cerca de 30 km)
~ 3 °C/100 m
Manto > 1.200 °C
Núcleo ~ 5.000 °C
Em países como Alemanha, Itália, Indonésia, México e os
EUA, a utilização da energia geotérmica já é há vários anos
parte integrante da estratégia energética. Além de utilizar de
forma eficiente fontes disponíveis de temperaturas elevadas,
a indústria geotérmica alemã centra-se também no desenvolvimento de tecnologias que podem funcionar com eficiência em temperaturas mais baixas, entre 120 e 200 °C. A energia geotérmica forma uma base sólida para uma geração de
energia ambientalmente correta e economicamente rentável,
particularmente em regiões com condições geologicamente favoráveis (por exemplo, regiões com atividade vulcânica e
temperaturas superiores a 200 °C). Dependendo da profundidade de perfuração, existem duas possibilidades para produzir energia geotérmica: profunda e superficial.
A energia geotérmica profunda pode ser utilizada tanto
para gerar eletricidade nas centrais elétricas como para fornecer aquecimento em redes de maior dimensão, na produção industrial ou no aquecimento de edifícios. A energia
geotérmica profunda divide-se ainda em energia hidrogeotérmica, sistemas HDR (Hot Dry Rock) e sondas geotérmicas
profundas.
H. Anger‘s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbH
International Geothermal Association
Uma sonda geotérmica profunda é um sistema fechado destinado à geração de energia geotérmica que consiste em
uma única perfuração a uma profundidade de mais de 400
metros. A energia obtida é utilizada diretamente na forma de
calor, tornando possível a utilização do potencial máximo da
energia térmica que vai desde altas temperaturas para a produção industrial e usos comerciais a baixas temperaturas
para uso agrícola. Na energia hidrogeotérmica, a água quente brota diretamente de jazidas situadas debaixo da superfície da terra em grandes profundidades. Dependendo do fluxo
de água termal, a energia hidrogeotérmica pode ser utilizada na produção de calor e eletricidade. Nas camadas aquíferas pode-se gerar eletricidade a partir de temperaturas próximas a 100 °C. Os sistemas HDR utilizam o calor das camadas
profundas, onde existe muito pouco ou quase nenhum recurso aquífero. Utiliza-se como reserva as rochas cristalinas e
rochas sedimentares numa profundidade de três a seis quilômetros e com temperaturas superiores a 150 °C. O acesso
a estas reservas é garantido através de duas ou mais perfurações feitas nas rochas densas situadas a certa profundidade. Através de métodos de estimulação hidráulica e química (Enhanced Geothermal Systems, EGS), rupturas e fissuras
são feitas cuidadosamente. Com uma perfuração por injeção,
a agua é injetada na rocha a uma alta pressão, onde aquece e depois retorna à superfície através de um segundo poço.
A água quente aquece por sua vez substâncias com ponto de
ebulição baixo (Ciclo Kalina e Ciclo Orgânico Rankine), com
a finalidade de gerar vapor para uma turbina. Através de um
permutador de energia térmica, o calor pode ser integrado à
rede de aquecimento urbano.
O princípio da geotérmica com aplicação dos
Ciclos Rankine com fluido orgânico (ORC)
~
Gerador
M
Turbina
Evaporador
Condensador
ca. 0.5–1 km
Poço de Produção
Estimulación hidráulica
10 –10 m
1
2
GFZ Potsdam
www.frank-gmbh.de
3–5 km
Fonte: GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum
Stadtwerke Bad Urach/H. Tenzer
www.geothermie.de
Poço de Injecção
GFZ Potsdam
Energia Geotérmica
Energia Geotérmica Superficial
Quando falamos de energia geotérmica superficial, nos referimos àquela obtida a partir da camada superior terrestre em
profundidades de até 400 metros. Dado o fato de que a temperatura da atmosfera da Terra é mais uniforme que a da
água, a energia geotérmica superficial é ideal tanto para o
aquecimento como para a refrigeração de edifícios. Dependendo das condições geológicas, a uma profundidade de 15 m
e a um máximo de 40 m, as temperaturas nas camadas superiores do solo estão sujeitas às variações das estações do ano
e à influência dos raios solares. Nestas profundidades, as
temperaturas estão um pouco acima da temperatura média
anual da superfície terrestre. De acordo com o gradiente geotérmico, a partir de 40m a temperatura aumenta aproximadamente 3 ºC a cada 100m, podendo alcançar entre 20–25 ºC
a uma profundidade de 400 m. Vários sistemas, como os
coletores de calor geotérmico, as sondas de aquecimento
geotérmicas, componentes de energia e outras unidades de
cimento conectadas ao solo, são utilizados para armazenar a
energia geotérmica encontrada na crosta terrestre.
O calor do subsolo com pouca profundidade é aproveitado
graças a bombas de calor, gerando aquecimento e água quente para prédios. No caso do aquecimento, as bombas de calor
são utilizadas para aumentar o nível de temperatura presente no solo até a temperatura desejada extraindo-se o calor do
solo através de um processo cíclico. As temperaturas constantes presentes debaixo do solo podem ser também utilizadas para esfriar diretamente os edifícios. Se o solo não for
capaz de fornecer a refrigeração adequada, as bombas de
calor podem ser operadas de forma inversa para fornecer a
capacidade de refrigeração em falta. Uma bomba térmica
perfeitamente configurada pode melhorar a climatização no
interior dos edifícios. Os coletores de calor geotérmicos estão
normalmente posicionados na horizontal em uma profundidade de 80 a 160 cm e expostos às condições meteorológicas
existentes na superfície. Para absorver o calor armazenado
no solo, um agente de transferência de calor flui através dos
coletores.
As sondas geotérmicas são o tipo de instalação mais utilizado na Europa Central e do Norte. Estas são instaladas
a profundidades entre 50 e 160 metros para a utilização de
energia geotérmica superficial, necessitam de pouco espaço
e utilizam um nível constante de temperatura. As tubulações
de plástico (PEAD ou HDPE) são integradas nos circuitos e
ligadas ao sistema de refrigeração e aquecimento dos edifícios. Um agente de transferência de calor circulará depois
pelas tubulações, absorvendo o calor do solo circundante e
transferindo-o para as bombas de calor. Com esta tecnologia,
pode-se abastecer com calor ou frio instalações de diversos
tamanhos, desde pequenas casas até grandes conjuntos residenciais.
No caso das colunas de energia, componentes profundos de cimento ou outras estruturas estáticas, são montadas estruturas subterrâneas com tubulações de plástico através das quais a água flui para absorver o calor geotérmico ou
o frio da terra. A água fria existente nos componentes é aquecida através do calor geotérmico. Graças à sua interligação
com uma bomba de calor, a água quente aquece o edifício. No
verão, o sistema descrito acima pode ser utilizado para refrigerar ligeiramente o edifício.
O ar ambiente pode também ser uma fonte de energia para
as bombas de calor, que se beneficiam da ampla disponibilidade do ar e de ser economicamente acessível. O chamado
“arranque” da temperatura da bomba de calor para sondas
terrestres pode manter-se relativamente constante durante
todo o ano e o consumo de energia mantém-se baixo. A energia recolhida provém, em primeiro lugar, das áreas em volta,
cuja temperatura média é determinada pela irradiação solar
anual.
Perspectivas
A energia geotérmica está se tornando um tema cada vez
mais abordado em discussões políticas com relação ao futuro do suprimento de energia. Perante o aumento dos custos dos combustíveis fósseis, a energia geotérmica oferece
disponibilidade segura e, em longo prazo, será capaz atender as necessidades básicas. Sua flexibilidade de aplicação,
como no aquecimento, refrigeração e geração de eletricidade,
contribui para a criação de cada vez mais centrais em todo o
mundo.
www.geothermie.de
www.frank-gmbh.de
Photovoltaics
não ligadas à rede
Acesso à Energia Moderna
Phocos AG
Energiebau Solarstromsysteme GmbH
Ampliar o acesso à energia moderna é uma condição necessária para as dimensões econômica, social e ambiental do
desenvolvimento humano. O Projeto do Milênio das Nações
Unidas frisou a estreita relação entre a utilização energética
e os oito Objetivos de Desenvolvimento do Milênio. É impossível operar uma fábrica, administrar um negócio, cultivar
alimentos ou fornecer bens aos consumidores sem utilizar
algum tipo de energia. O acesso à eletricidade é especialmente crucial para o desenvolvimento humano, já que ela é, na
prática, indispensável para algumas atividades básicas, como
a iluminação, a refrigeração e o funcionamento dos eletrodomésticos. Apesar disso, a Agência Internacional de Energia
estima que 1,45 bilhão de pessoas, ou o equivalente a 22% da
população mundial, não tinha acesso à eletricidade em 2008,
sendo que 85% vivem em zonas rurais. Nos países em vias
de desenvolvimento, a eletrificação rural média era de 58%.
Apesar de a população sem acesso à eletricidade ter diminuído em cerca de 161 milhões desde 2002, a diferença de
desenvolvimento entre as regiões é cada vez maior: enquanto a América Latina e a Ásia têm acelerado substancialmente seu processo de eletrificação desde 2002, a maior parte da
África Subsaariana não tem acompanhado este desenvolvimento nem conseguido fazer frente ao ritmo do crescimento
populacional. Além disso, em muitos países, as redes são instáveis e fracas e os sistemas de energia alternativos são dispendiosos e dependentes de importações de petróleo.
O padrão alemão para a produção e seleção dos componentes
dos sistemas apropriados estabelecem os padrões internacionais de qualidade.
Fontes renováveis podem fornecer energia elétrica independentemente das redes nacionais ou da importação de combustíveis fósseis. As energias solar, eólica, hidráulica e a bioenergia, de forma independente ou combinada (nos sistemas
híbridos) podem fornecer, independentemente das redes
estabelecidas:
▪▪ Energia para telecomunicações e rede de telefonia celular;
▪▪ Energia ecológica para a indústria do turismo;
▪▪ Sistemas domésticos alimentados por energia solar para a
eletrificação rural;
Phocos AG
▪▪ Sistemas elétricos alternativos em áreas urbanas e semiur-
banas onde o fornecimento da rede é inconstante;
▪▪ Energia para instituições sociais como hospitais, escolas,
clínicas, clínicas veterinárias;
▪▪ Redes pequenas para povoados, pequenas cidades, bases
militares e reservas naturais;
▪▪ Energia para bombeamento de água;
▪▪ Iluminação pública e iluminação da sinalização rodoviária;
▪▪ Energia para usos portáteis.
Número de pessoas sem acesso à eletricidade
(em milhões)
China
8
Índia
23
África Subsaariana
4
27
2
281
59
465
40
212
328
108
120
América Latina
381
Outros países asiáticos
em desenvolvimento
12
544
8
População mundial sem acesso à eletricidade
1,441
1,213
214
As fronteiras, nomes e designações utilizados nos mapas incluídos nesta publicação
não implicam a confirmação nem aceitação oficiais por parte da AIE.
Nota: Mapa fora de escala.
161
1.227
1.052
2009
2030
Rural
Urbana
Fonte: Energy Poverty – How to make modern energy access universal? © OECD/IEA, 2010
Fornecimento de calor
As energias renováveis também podem agir como agentes
fornecedores de aquecimento. Os sistemas solares térmicos podem suprir água quente para casas, hotéis ou hospitais
e ainda fornecer ou gerar aquecimento para uso industrial,
enquanto o biogás pode ser utilizado para cozinhar.
Escolha da tecnologia
Em muitos casos, o uso das energias renováveis é economicamente rentável e alguns sistemas podem ser integrados
à rede elétrica se esta for posteriormente ampliada. A escolha da tecnologia apropriada é essencial para o êxito do projeto. As tecnologias devem de serem escolhidas com base em
uma avaliação completa da demanda atual e futura, das fontes de energia localmente disponíveis e dos custos de instalação, manutenção e operação do sistema.
Steca Elektronik GmbH
Phocos AG
Fraunhofer ISE
Phocos AG
Steca Elektronik GmbH
Phocos AG
Phocos AG
Phaesun GmbH
ENERGYSYSTEMS
www.juwi.com
www.phocos.com
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Photovoltaics
Energia Solar
Painéis fotovoltaicos
Fraunhofer ISE
A tecnologia fotovoltaica gera eletricidade diretamente a partir da luz solar. Os sistemas fotovoltaicos podem ser utilizados de maneira eficaz em quase todas as partes do mundo e
muitas vezes são a forma mais rentável de gerar eletricidade.
Os sistemas estão disponíveis em vários tamanhos, de pequenas lanternas solares portáteis até sistemas solares domésticos e de maior dimensão que fornecem energia a empresas,
hospitais e outras instituições. As redes de maior dimensão são capazes de fornecer energia a vários edifícios, a um
povoado ou mesmo a uma pequena cidade. Na maioria dos
sistemas não conectados à rede, a eletricidade é armazenada
em baterias e utilizada quando necessária. Contudo, em sistemas de maior porte, em que geradores convencionais fornecem a carga de base, baterias podem ser dispensadas. Nos
sistemas menores (aproximadamente < 100 W ) é fornecida energia em CC (corrente continua) em vez de CA (corrente
alternada).
Sistemas solares domésticos
Os sistemas solares domésticos fornecem energia aos lares,
por exemplo, para iluminação, rádio, televisão, refrigeração,
telefones, celulares, ventilação, computadores, máquinas de
costura, etc. Estes sistemas são compostos de um módulo
solar, uma bateria e um controlador de carga e fornecem eletricidade em corrente contínua para os aparelhos domésticos. É conveniente utilizar eletrodomésticos energeticamente eficientes, tais como lâmpadas econômicas ou de LED ou,
ainda, refrigeradores alimentados por corrente contínua,
que consomem pouca energia. Se for necessário, um inversor
pode ser integrado ao sistema para permitir o funcionamento dos eletrodomésticos em corrente alternada. Os sistemas
solares domésticos estão disponíveis em unidades totalmente
integradas e compactas. A potência e a capacidade são adaptadas a necessidades específicas. As vantagens são: tecnologia avançada, funcionamento simples, instalação fácil, pouca
manutenção e sistemas pré-pagos facilmente integrados.
Phaesun GmbH
Abastecimento sustentável de água
nas zonas rurais
Os sistemas que utilizam a energia fotovoltaica podem garantir tanto água potável como para irrigação e para o gado em
áreas remotas afastadas de rede elétrica. Bombas de água
movidas a energia fotovoltaica têm funcionado a contento
por muitos anos, bombeando água de superfície ou subterrânea, mesmo a grandes profundidades. Um gerador solar fornece energia diretamente a bombas centrífugas ou de membrana. Aqui, a bateria é substituída por um reservatório de
água, a partir do qual a água é armazenada pode ser utilizada em qualquer momento. Existem também sistemas híbridos que integram as energias solar e eólica ao armazenamento em bateria. A eletricidade solar produzida durante o dia é
armazenada e disponibilizada à noite e durante os períodos
de mau tempo. Um controlador de carga monitora o nível
da bateria e protege contra sobrecarga ou descarregamento
completo. A água pode ser purificada através de microfiltros
altamente eficazes ou equipamento ultravioleta, não sendo
necessário adicionar qualquer tipo de produto químico. Os
processos de energia solar térmica, assim como os sistemas
de osmose inversa alimentados por energia fotovoltaica, são
utilizados para a dessalinização da água do mar.
juwi
Phaesun GmbH
Inversor independente da rede
Inversor independente da rede Bateria
com controlador do sistema
de carregamento fotovoltaico
e bloco de bateria
Energiebau Solarstromsysteme GmbH
ENERGYSYSTEMS
www.juwi.com
www.phocos.com
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Bomba de
água solar
Photovoltaics
Outras Tecnologias e Sistemas Híbridos
ANDRITZ HYDRO Johannes Hübner –
Fabrik elektrischer Maschinen GmbH
Energiebau
Energia Eólica
Turbinas eólicas de pequeno e médio porte (com rotores de
diâmetro de aproximadamente até 20m e potência nominal de 100 kW) podem ser utilizadas em vários sistemas não
conectados à rede. Como o desempenho das turbinas eólicas está diretamente relacionado com a quantidade de ventos
disponível, o ideal seria que o vento fosse monitorado durante o período de um ano, utilizando-se equipamento especializado. É necessário saber exatamente qual o padrão anual da
velocidade do vento no local, associando este fator à curva de
energia da turbina eólica, permitindo assim calcular a geração de energia em diferentes épocas do ano.
Energia hidráulica
Os sistemas de energia pico-hídrica e micro-hídrica geram
eletricidade a partir da água corrente e estão disponíveis em
uma grande variedade de configurações, sendo que alguns
necessitam de elevados fluxos de água (uma queda de água
vertical de 10 a 20 m no mínimo), enquanto outros são concebidos para as águas correntes mais lentas dos rios. A energia pico-hídrica é normalmente utilizada em sistemas de até
cerca de 5 kW. Picossistemas de menor porte são frequentemente utilizados para carregar baterias, mas grande parte da
eletricidade gerada pelos sistemas de energia pico-hídrica e
micro-hídrica é utilizada diretamente. Onde existirem cursos
de água apropriados, a energia hidráulica normalmente produz energia elétrica com um custo mais baixo do que a energia eólica ou fotovoltaica.
Energia solar térmica
A tecnologia solar térmica coleta o calor do sol para fornecer energia térmica. Pode fornecer água quente a hotéis, hospitais e lares, assim como aquecimento para a indústria. Os
coletores solares captam o calor e o armazenam, normalmente em reservatórios de água com isolamento para utilização posterior, apesar de alguns sistemas utilizarem diretamente o aquecimento gerado. Existe uma grande variedade
de coletores: de placa lisa, tubos à vácuo e, às vezes, espelhos
parabólicos. Um sistema de aquecimento de água a energia solar devidamente projetado pode fornecer até 60–80%
da demanda por aquecimento, dependendo da localização.
Fogões solares também se encontram disponíveis. A energia
solar de concentração utiliza o calor do sol para gerar energia
elétrica, normalmente através de vapor, podendo também
ser utilizada em pequenas redes.
Bioenergia
A bioenergia provém de detritos animais e de plantas que,
através da fotossíntese, armazenam de forma eficaz a energia
solar. Madeira, resíduos orgânicos, estrume e outras substâncias de origem vegetal ou animal podem ser utilizadas
para produzir combustíveis sólidos, líquidos e gasosos para
a geração de calor e de energia. A energia liberada durante a
combustão de biomassa sólida nos sistemas de aquecimento modernos é utilizada de forma bastante eficaz. A biomassa
sólida pode ser utilizada para gerar eletricidade em centrais
termoelétricas. O biogás, que pode ser utilizado na cozinha, é
produzido pela fermentação de substâncias orgânicas em um
ambiente sem ar nem oxigénio (processo de digestão anaeróbica ou biogasificação). Também pode ser utilizado em centrais termoelétricas para produzir eletricidade e calor com
um nível bastante elevado de eficiência. Os biocombustíveis
líquidos são adequados para fins de mobilidade e geração
de eletricidade, sendo que alguns também podem ser utilizados na cozinha. O óleo de jatropha, por exemplo, é utilizado como substituto dos combustíveis fósseis e pode ser usado
também para gerar eletricidade. Esta planta adapta-se bem
às regiões quentes e secas, ajuda a prevenir a erosão do solo,
tem um elevado conteúdo de óleo (25–35%), cresce em solos
que não são adequados para o cultivo de alimentos e pode ser
uma fonte de combustível durante 30 anos.
Sistemas híbridos
Os sistemas híbridos são sistemas elétricos não conectados
à rede que combinam mais de uma fonte de energia e não só
podem ser sutilizados para fornecer energia em locais afastados da rede elétrica geral como também são capazes de lidar
com demandas energéticas de maior porte. A conexão com
dispositivos e geradores de energia alimentados por corrente alternada permite que seja construído ou ampliado um sistema com componentes padronizados, de forma flexível e
modular. Os sistemas híbridos diesel/ fotovoltaico e diesel/
eólico são comuns, sendo que o diesel convencional pode ser
substituído pelo biodiesel. É possível ainda integrar a energia hidráulica a estes sistemas. Sistemas híbridos de maior
porte que utilizam um gerador a diesel convencional podem
funcionar a custos mais baixos do que as estações que funcionam apenas com as unidades a diesel.
GIZ/Michael Netzhammer
Sistemas Scheffler produzindo vapor para cozinha solar na Índia.
Gerador a diesel
Gerador solar
ENERGYSYSTEMS
www.juwi.com
www.phocos.com
www.sma-solar.com
www.smart-energy.ag
Inversor
de bateria
Baterias
Inversor
fotovoltaico
A ENERGIA RENOVÁVEL
Photovoltaics
EM CASA
Geração de Eletricidade
Diante das mudanças climáticas e dos combustíveis fósseis
finitos, é cada vez mais relevante o uso de fontes energéticas eficientes e com menos impacto sobre o meio ambiente.
É muito importante aumentar o uso de energias renováveis e
aplicar conceitos alternativos para produção de energia principalmente em casa, já que é nela que se consome a maior
parte da energia final para a geração de eletricidade e calor.
Para isto, são necessárias soluções que reduzam ao mesmo
tempo o consumo de energia, as emissões de CO2 e os custos
operacionais dos edifícios. Os produtos e serviços alemães
para energias renováveis e construções eficientes são líderes de mercado em todo o mundo. Sistemas de aquecimento totalmente automatizados com pellets, placas solares térmicas para produção de calor ou ar condicionado, bombas
de calor, sistemas de aquecimento geotérmico de superfície e
módulos fotovoltaicos para a geração de eletricidade mediante energia solar podem ser facilmente integrados às residências para reduzir significativamente o consumo anual da
energia utilizada no aquecimento, ventilação e ar condicionado.
Além se poderem ser integrados aos edifícios de maneira
visualmente harmônica, os sistemas fotovoltaicos proporcionam outro benefício adicional: as vigas de madeira voltadas para o sol podem ser equipadas com faixas fotovoltaicas para gerar eletricidade além de oferecer proteção contra
a luz solar e o aquecimento excessivo. Também é possível a
integração dos painéis fotovoltaicos em fachadas e telhados,
onde o sistema funciona também como isolante térmico.
Sistemas fotovoltaicos
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
A energia fotovoltaica é a fonte de energia ecológica e eficiente mais usada nos edifícios. Os institutos alemães de investigação em energia fotovoltaica e a indústria trabalham continuamente no desenvolvimento de estruturas celulares e
processos de produção para otimizar a aplicação e reduzir
os custos. Como resultado, foi alcançada em muitos países a
chamada “paridade de rede”, ou seja, o ponto a partir do qual
geração de energia elétrica com origem renovável custa o
mesmo que a energia elétrica convencional. Graças aos avanços das células solares orgânicas (OPV), o setor da energia
fotovoltaica será ampliado com o passar dos anos. Por serem
construídos com tecnologia de LED orgânicos (OLED), flexíveis e muito finos, os OPVs poderão ser facilmente integrados às janelas, grandes fachadas de edifícios ou aos carregadores de celulares.
Atualmente, a maior parte da eletricidade fotovoltaica produzida nas casas alimenta a rede elétrica. Se o sistema fosse
equipado com um sistema de gestão de energia inteligente junto com um acumulador, seria possível gerar eletricidade para melhorar o consumo doméstico, proporcionar uma
fonte de alimentação independente da rede e diminuir os
custos procedentes de fontes de energia convencional.
Geração de eletricidade e calor
A geração simultânea de eletricidade e calor é possível graças
às centrais combinadas, em que um motor aciona um gerador para a produção de eletricidade e o calor resultante é utilizado para aquecimento de ambientes de da água. Quando a
produção combinada de eletricidade e calor é realizada através de um sistema descentralizado e não em centrais de energia, trata-se de um sistema descentralizado de cogeração de
calor e eletricidade, cujos microssistemas são mais adequados para o uso doméstico. Estes cobrem o segmento mais
baixo da produção combinada de calor e eletricidade (0,8–
10 kW) e são conhecidos como “aquecedores geradores de
eletricidade”, fornecendo energia para os pequenos imóveis
privados e adequados principalmente para as residências
individuais, edifícios vizinhos e pequenas empresas. Estes
sistemas são desenhados para suprir uma demanda equilibrada por eletricidade e calor em residências individuais.
PV Inverter
Backup Applicances (USV)
Grid
SMART ENERGYSYSTEMS INTERNATIONAL AG
Main Distritbution
Cabinet
PV Meter
Bidirectional
Meter
Energy Manager
Household
Appliances
Bidirectional
Battery Inverter
Battery Bank
(48V)
SMART ENERGYSYSTEMS
INTERNATIONAL AG
ENERGYSYSTEMS
www.smart-energy.ag
A ENERGIA RENOVÁVEL
Photovoltaics
EM CASA
Geração de Calor e Frio
Independe de ser uma casa própria ou de aluguel, os custos
de aquecimento e ar condicionado pesam cada vez mais no
orçamento doméstico: na Alemanha, por exemplo, o preço da
eletricidade destinada ao aquecimento aumentou em média
161% entre os anos de 1995 e 2012. O uso do aquecimento ou
do ar condicionado procedente de fontes renováveis de energia alivia tanto o bolso quanto o ambiente, já que impede a
queima de combustíveis fósseis e reduz assim as emissões de
gás do efeito estufa, principalmente o dióxido de carbono. As
pessoas que mudam de tipo de aquecimento e refrigeração
para fontes de energia renováveis ganham não só mais segurança diante dos aumentos dos preços, mas também agem
mais responsavelmente para com as futuras gerações, contribuindo com a proteção mundial do clima.
Energia solar térmica para a água quente,
a refrigeração e o aquecimento.
Os coletores solares de uma central solar térmica absorvem a
radiação solar e a convertem em calor. O calor solar é utilizado normalmente para aquecer a água do chuveiro e da pia ou
para ajudar no aquecimento. As instalações solares que produzem tanto calor como frio usando a radiação solar estão
incluídas nas inovações do setor da energia solar. Os sistemas de esfriamento modernos convertem diretamente o
calor da luz solar em frio. A vantagem da refrigeração solar
é que não consomem muita energia como ocorre com os sistemas convencionais de ar condicionado. Isto é interessante, sobretudo para os países do sul, onde durante os meses
quentes de verão se consome ate 80% da eletricidade para
climatizar os edifícios. Esta tecnologia se baseia em coletores parabólicos que focalizam a luz, em um sistema que usa o
mesmo principio de um refrigerador: o calor absorvido pelo
coletor é utilizado como energia para a produção de ar frio.
Uma vantagem particular desta tecnologia é que a refrigeração é produzida ao mesmo tempo em que o sol brilha, eliminando assim a necessidade de armazenamento prolongado
do calor ou frio.
A energia solar pode fornecer a maior parte da energia necessária para a refrigeração e, quando esta não for necessária,
os coletores redistribuem a energia para o sistema de aquecimento ou para esquentar a água. As empresas alemãs são
pioneiras no desenvolvimento de tecnologias avançadas para
o uso da energia solar em todo o mundo.
Energia geotérmica
Além disso, bombas de calor subterrâneas ou instaladas na
superfície podem ser utilizadas como fontes de calor. Estas
bombas capturam o calor de uma fonte externa – como o
solo, as águas subterrâneas ou o ar – e o libera no sistema
de aquecimento. Para isso, aumentam o nível de temperatura para que o calor possa ser utilizado no aquecimento. Para
conseguir este aumento de temperatura, o dispositivo precisa de uma energia motora que possa ser fornecida juntamen-
te com eletricidade ou sistemas fotovoltaicos. As bombas de
calor também podem ser utilizadas seguindo o princípio da
inversão para refrigerar o ar durante o verão.
Biomassa
O calor também pode ser obtido de pellets e lascas de madeira, lenha ou biogás. Os pellets de madeira, cujo uso tem
aumentado consideravelmente nos últimos anos, são muito
adequados para o aquecimento e portanto, uma alternativa
aos combustíveis fósseis. Dependendo do combustível e do
uso previsto, existem diferentes fornos que utilizam madeira para o fornecer calor. Os três diferentes sistemas de aquecimento com pellets de madeira mais geralmente utilizados
se diferenciam principalmente pela capacidade de potência.
Pequenos fornos (de 2 até 10 kW) são utilizados para gerar
aquecimento para as casas. Ao instalar uma bolsa de água
nas pequenas estufas, estas podem ser integradas ao sistema
de aquecimento existente e completar, por exemplo, um sistema solar térmico. As estufas modernas dispõem de fornecimento automático de pellets de madeira. Sistemas de aquecimento de grande dimensão – com potência de até 70kW e
instalados em salas independentes de aquecimento – podem
ser utilizados para gerar calor e aquecer água em grandes
ambientes. Os aquecedores centrais dispõem de um grande
reservatório de pellets ou os pellets são introduzidos direto
de um compartimento separado. Além de tudo isto, as caldeiras também são combinadas para gerar aquecimento tanto
com pellets de madeira quanto com lenha.
Perspectivas
Para atender à crescente demanda por energia elétrica e térmica é necessário aumentar o grau de automação e controle. Nos edifícios e casas, a tecnologia de medição, controle,
regulação e a tecnologia informática se unirão em um complexo sistema de informação e comunicação. O funcionamento de tais sistemas é um fator decisivo para a competitividade. O uso das capacidades de armazenamento de frio e calor
dos edifícios, a otimização da estrutura (isolamento, proteção
de calor/frio), a integração de armazenamento adicional e o
uso de processos combinados (geração de calor e eletricidade) ganham cada vez mais importância. As empresas alemãs
oferecem inúmeras soluções para toda a cadeia de valor nesta
área e continuam realizando pesquisas ativamente.
ENERGYSYSTEMS
www.smart-energy.ag
Wagner & Co, Cölbe

As tecnologias associadas às energias renováveis

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