POSSIBILIDADES TECNOLÓGICAS DAS FONTES RENOVÁVEIS (ALTERNATIVAS) DE ENERGIA

Prof. Dr. Ennio Peres da SilvaLaboratório de Hidrogênio da UNICAMP

Instituto de Física “Gleb Wataghin”Universidade Estadual de Campinas

VI SEMINÁRIO INTERNACIONAL DO SETOR DE ENERGIA ELÉTRICAIntegração Energética na América Latina

28 a 30 de Agosto de 2011Foz do Iguaçú – PR / Brasil

Fontes de energia

Fontes convencionais e alternativas

DEFINIÇÕES:

Fontes convencionais de energia: aquelas que atualmente são utilizadas com elevada intensidade (quantitativamente) e representam percentagens importantes da matriz energética.

Fontes alternativas de energia: aquelas que atualmente são utilizadas com baixa intensidade (quantitativamente) e não aparecem ou aparecem em percentagens insignificantes na matriz energética.

Observações:

1- Fontes consideradas convencionais em alguns países podem ser alternativas em outros, pois dependem de suas participações nas matrizes energéticas, que são diferentes em cada caso.

2- Fontes consideradas alternativas em uma determinada época podem ser convencionais em outras, e vice versa, pois os usos das fontes em cada país evoluem no tempo.

Fontes e desenvolvimento tecnológico

Fontes convencionais:

mais desenvolvidas;

melhor adaptadas e testadas;

menores possibilidades de inovação.

Fontes alternativas:

menos desenvolvidas;

necessitam de avanços tecnológicos;

maiores possibilidades de inovação.

Produção mundial de energia por fonte

Key World Energy Statistics 2008, IEA, 2008

Consumo mundial de energia por fonte

Fontes Renováveis Não renováveis

1973 12,5% 87,5%

2006 12,9% 87,1%

SUSTENTABILIDADE

Fontes Renováveis

Fontes Não Renováveis

INSUSTENTABILIDADE

Oferta de energia no Brasil por fonte

http://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/publicacoes/BEN/3_-_Resenha_Energetica/Resenha_Energetica_2009_-_PRELIMINAR.pdf

Ano: 2009

Fontes renováveis no Brasil

Principais fontes renováveis convencionais no Brasil em 2009:

Biomassas (etanol; lenha; carvão vegetal) (78,0 Mtep)

Hidráulica (37,0 Mtep equivalente a 390.988 GWh)

Principais fontes renováveis alternativas no Brasil em 2009:

Geotérmica (uso exclusivo para aquecimento)

Solar (térmica e fotovoltaica) (cerca de 20 MW fotovoltaicos)

dos Oceanos (ondas; marés e térmica) (em pesquisa)

Biomassas (biogás; gaseificação) (biogás: 40 MW de aterros)

Fontes renováveis em transição no Brasil em 2009:

Eólica (1.238 GWh)

Biodiesel (1.608 mil m3 equivalentes a 0,6% do total da matriz)

47,2%

Consumo de energia e emissões de CO2

Key World Energy Statistics 2008, IEA, 2008

O consumo de energia e o meio ambiente

Evolução do teor de gás carbônico na atmosfera

C.-J. Winter. Hydrogen and Solar Energy – ULTIMA Ratio Avoiding a “Lost Moment inthe Hystory of Energy”!, Proc. VIII World Hydrogen Energy Conference, V. 1, p. 3-47,1990.

O consumo de energia e o meio ambiente

http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/co2_data_mlo.html

O consumo de energia e o meio ambiente

http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/

O consumo de energia e o meio ambiente

http://www.ncdc.noaa.gov/oa/climate/globtemp.html

O consumo de energia e o meio ambiente

Fonte: Histórico: Energy Information Administration (EIA), Office of Energy Markets and End Use, International Statistics Database and International Energy Annual 1999, DOE/EIA-219(99) (Washington, DC, January 2001). Projeções: EIA, World Energy Projection System (2001).

Emissões mundiais de CO2 por região, 1970 - 2020

O consumo de energia e o meio ambiente

Conseqüências do aumento da temperatura da biosfera da Terra:

- aumento do nível do mar;

- alteração no suprimento de água doce;

- maior número de ciclones;

- tempestades de chuva e neve fortes e mais freqüentes;

- forte e rápido ressecamento do solo.

Fonte: Efeito Estufa e a Convenção sobre Mudança do Clima, MCT, 1999.

O consumo de energia e o meio ambiente

Alternativas para a redução dos impactos ambientais:

(sem reduzir o padrão de consumo de energia)

Melhorar o uso das fontes fósseis (maior eficiência)

e/ou

Aumentar a participação das fontes renováveis convencionais

e/ou

Desenvolvimento das fontes renováveis alternativas

Fontes renováveis no Brasil

Principais convencionais:

Hidráulica

Biomassas (lenha; etanol; carvão vegetal)

Principais alternativas:

Geotérmica

Solar fotovoltaica

Dos oceanos (ondas; marés e térmica)

Biomassas (biogás; gaseificação)

Em transição:

Eólica

Biodiesel

Incremento das fontes renováveis

e alternativas

Justificativas:

- Redução da oferta de petróleo (futuramente)

- Segurança no suprimento

- Emissões de gases de efeito estufa

- Necessidade de aumento das eficiências de conversão

- Restrições sociais ao uso da energia nuclear

- Dificuldades técnicas da fusão nuclear

Fontes renováveis (alternativas)

Biomassas

Biomassas: etanol convencional

Etanol de Primeira Geração:

Biomassas: etanol alternativo

Etanol de Segunda Geração: hidrólise

“Em busca da enzima filosofal”

Biomassas: etanol alternativo

Etanol de Segunda Geração: hidrólise

BiodieselÓleo Diesel

Óleo combustível

A energia da biomassa: biodiesel

5900 l/ha4000 l/ha400 l/ha 1200 l/ha

A energia da biomassa: biodiesel

Matérias primas para a produção de biodiesel

Potencial brasileiro

Biomassas: biodiesel

Áreas a serem impactadas pela produção intensiva dos

biocombustíveis

Biomassas: biodiesel

Impactos negativos:

Uso intensivo do solo

Consumo de água

Pressão sobre áreas de florestas

Competição por áreas agriculturáveis

Pressão sobre áreas indígenas ou de proteção ambiental

Biomassas: Biorefinarias

O conceito de Biorefinarias:

Biomassas: Biorefinarias

O conceito de Biorefinarias:

Fontes renováveis (alternativas)

Solar Fotovoltaica

A energia solar fotovoltaica

Primeira geração:

Uma única junção p-n; placas de silício mono ou policristalino; tecnologia comercial dominante.

Segunda geração:

Uso de películas finas: silício amorfo, silício poli-cristalino ou micro-cristalino, telureto de cádmio; mais baratas e menos eficientes.

Terceira geração:

Junção p-n depende do semicondutor: células fotoeletroquímicas (corantes) e células de nanocristais.

Células multi-junção:

Várias camadas de semicondutores diferentes, com diferentes junções p-n, absorvendo largo espectro de frequências.

A energia solar fotovoltaica no mundo

A energia solar fotovoltaica no mundo

World's largest PV power plants[52]

DC Peak Power

Location Description GW·h/year

154 MW** Mildura/Swan Hill, Australia[53]

Heliostat Concentrator Photovoltaic technology (see Solar power station in Victoria)

270

62 MW* Moura, Portugal[54] [55] BP, Yingli Green Energy (see Girassol solar power plant)

88

40 MW* Muldentalkreis, Germany[56] [57]

550,000 thin-film modules (First Solar) (see Waldpolenz Solar Park)

40

20 MW Beneixama, Spain[58][59][60]

Tenesol, Aleo and Solon solar modules with Q-Cells cells (see Beneixama photovoltaic power plant

30

14 MW Nellis AFB, Nevada[61] PowerLight PowerTracker system (see Nellis Solar Power Plant)

30

www.epia.org/datafigures/europe.html

A energia solar fotovoltaica no mundo

www.meti.go.jp/.../renewable/ref2001.html

A energia solar fotovoltaica no mundo

A energia solar fotovoltaica no mundo

A energia solar fotovoltaica no mundo

Tecnologias em desenvolvimento

Concentradores parabólicos

Luz Corporation (Mojave, California, USA)

http://ipdmhg0364atl2.pubip.peer1.net/files/images/figure3.screen.gif

Tecnologias em desenvolvimento

Torres solares

http://3.bp.blogspot.com/

_b5hcKABPlGI/TOIkXgA0V9I/AAAAAAAAjzI/HqsBPbLhLZs/s400/6-909o.png

Fontes renováveis (alternativas)

Eólica

A energia eólica

A energia eólica no mundo

Potência instalada:

A energia eólica no mundo

A energia eólica no mundo

A energia eólica no mundo

Evolução dos custos de instalação:

Interação entre as fontes renováveis

Hidrogênio

Maior participação das fontes renováveis

• HIDRÁULICA:....................... energia elétrica (comercial)• GEOTÉRMICA:...................... energia elétrica (comercial)• EÓLICA:................................. energia elétrica (comercial)

energia mecânica (comercial)• SOLAR FOTOVOLTAICA:... energia elétrica (comercial)• SOLAR TÉRMICA:................ energia elétrica (em desenvolvimento)

energia térmica (comercial)• BIOMASSA:............................ energia elétrica (comercial)

energia térmica (comercial)combustíveis (comercial / desenvolv.)

• DOS OCEANOS:.................... energia elétrica (marés: comercial;(marés, ondas, térmica) outras: desenvolv.)

Formas de energia diretamente produzidas pelas fontes:

Maior participação das fontes renováveis

Produção de combustíveis através das fontes renováveis:

Energia elétrica: - combustíveis sintéticos (metanol)

- eletrólise da água (H2)

Combustíveis de biomassas: - madeira (sol.)

- carvão vegetal (sol.)

- etanol (liq.)

- biodiesel (liq.)

- gás de síntese (gas.)

- biogás (gas.)

A geração do hidrogênio via FRE

Melhor uso das fontes de energia

Fonte: BAUEN, A.; HART, D. Assessment of the environmental benefits of transport and stationary fuel cells; Journal of Power Sources, Vol. 86, pgs. 482-494, Março/2000.

Tecnologias de conversão:

Aplicações estacionárias das CaCs

Características principais:Características principais:

Potência: 200 kWPotência: 200 kWee

Instalação: US$ 4,750 kWInstalação: US$ 4,750 kW-1-1

Ideal: US$ 1,710 kWIdeal: US$ 1,710 kW-1-1

Custos: US$ 70 Custos: US$ 70 porpor MWh MWh (GN, manutenção)(GN, manutenção)

Consumo: 247 mConsumo: 247 m33 porpor MWhMWh

Total: 73% Total: 73% (eletricidade e calor)(eletricidade e calor)

Fonte: CENEH baseado emFonte: CENEH baseado emcomunicação com o LACTECcomunicação com o LACTECPAFC, Modelo PC25 - UTC Fuel CellsPAFC, Modelo PC25 - UTC Fuel Cells

Aplicações automotivas: protótipos

Ford Daimler-Benz

Toyota

GM

Mazda

Daimler-Benz

Honda

Aplicações automotivas: protótipos

Toyota FCHVHonda FCX Clarity

Aplicações automotivas: protótipos

June 18th, 2008: Two days ago Honda announced its first four FCX Clarity customers and the first fuel-cell vehicle dealership network in the U.S.

Leasing for the FCX Clarity starts at $600 a month. The 134-hp Honda FCX Clarity gets a combined fuel-economy of 74mpg according to EPA mileage estimates and car is capable of going 280 miles on one fill.

Programas de hidrogênio na AL

ARGENTINA: Asociación Argentina del Hidrógeno (aaH2)

BRASIL: Programa de Ciência, Tecnologia e Inovação para a Economia do Hidrogênio (ProH2)

Centro Nacional de Referência em Energia do Hidrogênio (CENEH)

(PARAGUAI): Universidad Nacional de Asunción e Itaipu

OUTROS: grupos de P&D em universidades

Programa brasileiro de hidrogênio

Estruturação da Economia do Hidrogênio no Brasil. Araújo, S., MME, 2008

Protótipos de veículos a H2 na AL

ARGENTINA:Renault 9 a H2

BRASIL:VEGA II - UNICAMP

Fontes renováveis e alternativas

Conclusão

Fontes renováveis e alternativas

PRINCIPAIS DIFICULDADES PARA CONEXÃO DAS FRE(A) À REDE:

Custos mais elevados

Intermitência e sazonalidade das fontes

• Dificuldades de controle do despacho• Incertezas no planejamento energético• Maiores exigências no controle de qualidade da energia

Fontes renováveis e alternativas

MITIGAÇÃO DAS DIFICULDADES PARA CONEXÃO DAS FRE(A) À REDE:

Ganhos de escala (redução dos custos)

Grande número de sistemas conectados à rede

• Maior estabilidade na média da produção de energia• Facilidade no planejamento energético• Menores perturbações no controle de qualidade da energia

INTEGRAÇÃO ENERGÉTICA LATINOAMERICANA

OBRIGADO

Laboratório de Hidrogênio da UNICAMP

http://www.ifi.unicamp.br/lh2/unicamp2.swf

lh2ennio@ifi.unicamp.br