Produzindo Local. Pensando Global. Publicação: Julho de 2007

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1 Integração que gera energia e desenvolvimento DIRETORIA TÉCNICAT Veículos Elétricos e as Concessionárias Elétricas no Brasil

2 Produzindo Local..... Pensando Global Publicação: Julho de 2007

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4 É preferível usar diesel numa usina termelétrica do que colocar no tanque do carro! Eficiência energética (well-to-wheel) entre um Carro a Diesel / Carro Elétrico -9% Refinaria (p/termelétrica) Perdas: Emissão de CO2-36% Termelétrica -5% Rede Elétrica -8% Bateria -2% Motor Elétrico Energia 100% ENERGIA ÚTIL 40% CARRO ELÉTRICO -12% Refinaria (p/diesel) -73% Automóvel Perdas: Emissão de CO2 Energia 100% CARRO A DIESEL ENERGIA ÚTIL 15% Custo da energia, com tarifa residencial, para cada 100 km rodados: ~ US$ 3,00

5 É preferível usar diesel em uma usina termelétrica trica do que colocar no tanque de um carro! Quantos quilômetros podem ser percorridos com um barril de óleo cru?

6 Motivação - Conservação do Meio Ambiente; - Propiciar uso racional e eficiente dos recursos energéticos;. aproveitamento da energia vertida turbinável. - Promover o desenvolvimento social de forma sustentável;. Pesquisa e Desenvolvimento;. Tecnologia Nacional;. Capacitação de Profissionais; - Veículos Verdes (H2, híbrido) tem ou terão tração elétrica.

7 Motivação Análise de Conjuntura Outros Fatores de Influência Desenvolvimentos Tecnológicos e dos Processos de Fabricação Preços de Petróleo Elevados Estímulos Governamentais Aquecimento Global Novas Tecnologias Redução de Preços de Componentes Aumento da Eficiência Energética Necessidade Redução de Emissões Estímulo da Utilização de VE s Lançamento de novos modelos Aumento da escala de produção Queda de preços Avaliação positiva do público Novo mercado p/a energia Elétrica

8 Integração que gera energia e desenvolvimento Atividades

9 Principais Componentes

10 Desenvolvimentos Baterias Ar condicionado Motores e Inversores Monitoramento e Navegação Cabos e Conectores Infra-estrutura

11 Desenvolvimentos Bancadas de Teste Estruturas Sistemas Mecânicos Mini-ônibus Elétrico Caminhão p/ Pequenas Cargas Smart Grid

12 Linhas de Pesquisa BATERIAS Grupo de Trabalho: Eletrobrás/Cepel/Copel/Lactec Atividades: 1. Especificação de equipamentos para ensaios (preliminar); 2. Ensaios de carga/descarga, durabilidade, tempo de recarga efeito memória, teste de stress e desempenho dinâmico (em andamento); 3. Viabilidade de implementação de bateria chumbo-ácido; 4. Estudo comparativo de baterias (iniciado).

13 Palio Weekend Elétrico Bateria de Sódio: 19,2 kwh Motor: 15 kw (~20 cv ) Autonomia: 110 km Velocidade max.: 100 km/h Tempo de Recarga: 8 h Aplicação: uso urbano Homologado no DENATRAN

14 Linhas de Pesquisa PROTÓTIPO TIPO DE CAMINHÃO ELÉTRICO PARA PEQUENAS CARGAS Grupo de Trabalho: ITAIPU/FPTI/IVECO/WEG Atividades: 1. Definir requisitos para uso em condições agressivas (estradas irregulares, poeira e calor excessivo) testes no protótipo; 2. Desenvolver plataforma prevendo uso da energia gerada a partir da biomassa (gerenciamento de recarga).

15 Linhas de Pesquisa PROTÓTIPO TIPO DE CAMINHÃO ELÉTRICO PARA PEQUENAS CARGAS Grupo de Trabalho: ITAIPU/FPTI/IVECO/WEG O caminhão leve Iveco Daily Elétrico, recebeu o prêmio Destaque Tecnológico do Congresso SAE Brasil 2009 (Sociedade de Engenheiros da Mobilidade).

16 Linhas de Pesquisa PROTÓTIPO TIPO DE MINI-ÔNIBUS ELÉTRICO Grupo de Trabalho: ITAIPU/FPTI/IVECO/WEG/MASCARELLO Atividades: 1.Especificação, integração e customização do conjunto; a.motor elétrico, caixa de redução WEG: em desenv.; b.sistema de direção, freios e suspensão, ar condicionado (IB: em desenv.); c.módulos eletrônicos de controle (WEG: em desenv.) e gerenciamento. 2. Atendimento dos requisitos de peso, segurança e conforto; 3. Desenvolver plataforma prevendo uso do hidrogênio.

17 Linhas de Pesquisa MOTOR ELÉTRICO E INVERSOR DE FREQUÊNCIA Grupo de Trabalho: WEG/ITAIPU Atividades: 1. Desenvolvimento de um motor de alto rendimento específico para tração veicular (em desenv.); 2. Desenvolvimento de inversor de freqüência com características específicas para uso com baterias (LiPo, ZEBRA, etc) - em desenv..

18 Linhas de Pesquisa SISTEMA DE MONITORAMENTO E NAVEGAÇÃO Grupo de Trabalho: ITAIPU / FPTI Atividades (em fase final de desenvolvimento): 1. Identificar, processar e armazenar grandezas físicas e elétricas do VE; 2. Integrar hardware de navegação e comunicação; 3. Desenvolver software de aquisição, tratamento de dados e interface homem-máquina; 4. Identificar pontos necessários para instrumentação.

19 Linhas de Pesquisa POSTO DE ABASTECIMENTO (ELETROPOSTO) Grupo de Trabalho: Copel/Lactec/CPFL Atividades: 1. Projeto/design de eletroposto (1ª. versão em teste); 2. Identificar métodos de tarifação; 3. Estudar a viabilidade do uso de conector indutivo para transferência de energia; 4. Implementar proteção contra fraude.

20 Linhas de Pesquisa TESTES DE RESISTÊNCIA Viagem: IPU ASU - IPU Teste de "fogo. Da Usina à sede da Itaipu em Assunção Dia 27 out.2009, o Projeto VE quebrou três barreiras. Um dos protótipos fez seu maior percurso já registrado em estrada. A primeira viagem entre dois países e com troca de baterias. Foram 350 km, 6 horas e três baterias, com o auxílio de um dispositivo, que consiste de uma estrutura metálica para facilitar a troca de baterias. Um sistema de trilhos acoplado ao carro, dispensa a retirada e colocação de parafusos e a troca da bateria demora menos que 10 minutos. A velocidade média oscilou entre 70 e 80 km/h.

21 Integração que gera energia e desenvolvimento Acumuladores de Energia

22 Acumuladores de Energia Por que Sódio S e não Lítio L? Argumentos da Aloxsys: Quantidade de lítio é insuficiente para atender grandes demandas. Sódio é abundante no planeta. Baterias de lítio são boas para pequenas aplicações. Baterias de sódio atenderiam grandes sistemas. Frequencia Produção Energia Preço Custo sobre a Terra [ t/a ] [ Wh/g ] [ $/kg ] [ $/kwh ] Litio ( Li ) 65 ppm Sódio ( Na ) 28`300 ppm large Níquel ( Ni ) 15`000 ppm 10 6 Reservas provadas >2*10 8 t mais reciclagem

23 Acumuladores de Energia Bateria ZEBRA As baterias ZEBRA são, praticamente, 100% recicláveis; Os metais são comumente usados nas indústrias; Matéria prima abundante no planeta; Não possui efeito memória (não vicia). Sal 32% Miscelânea 2% Ni 20% Cerâmica 20% Fe 22% Cu 4%

24 Acumuladores de Energia Proposta ITAIPU A) Custo p/ Tranf. da Tecnologia (Suíça->Brasil) Consultoria 43,7% $US Mil 1+7 pessoas, 2 anos, 1824 h/ano média 90 $US/h Equipamentos 23,0% $US Mil Subcontratos 33,3% $US Mil SUBTOTAL Royalties: 15% dos 4% = 0,6%; $US Mil B) Custo Produção Pequena escala $US Mil C) Custo 20 Especialistas (2 anos full time) $US Mil D) Aplicação Estacionária Piloto (Equipamento/RH) $US Mil SUBTOTAL Royalties dos outros sócios 85% dos 4% = 3,2% TOTAL ESTIMADO $US Mil $US Mil

25 Acumuladores de Energia Proposta ITAIPU Project Plan & Schedule Salt Battery Project Milestone Plan Preparation BC, personal, laboratory space, etc Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Short term Battery life model with validation Simulation & verification of cell and battery Update present design based on simulation results New Generation EV battery controller Medium term Dev. & test "dry & fill" melt filling process Continue improved cell design investigation Verify new seal design (reduced cost, more reliable) Ceramic forming process for large volume production Prototype battery design and construction Long term Corrosion testing for seal design Thin plate β-ceramic production process Flat plate cell design, simulation and trials

26 Acumuladores de Energia ITAIPU/BIEL: Bateria Íon/Lítio 1. Assinatura do convênio (US$ 87 mil inclui transferência de tecnologia); 2. Elaboração do plano de trabalho; 3. Previsão orçamentária; 4. Inicio dos trabalhos previsto para 2009; 5. Acompanhamento e Treinamento a ITAIPU e parceiros do Projeto (em andamento).

27 Acumuladores de Energia BATERIA VIRAL Em agosto de 2008, cientistas do MIT, dentre eles a Dra. Angela Belcher, apresentaram um novo conceito de bateria, que utiliza vírus geneticamente modificado para otimizar o armazenamento de energia. Protótipo de bateria que usa vírus e nanotubos de carbono. A bateria, o disco prateado no centro, está sendo utilizada para alimentar um LED. Esses vírus, geneticamente modificados, podem ser utilizados para fabricar tanto os terminais negativos quanto os terminais positivos de uma bateria de íons de lítio. Os vírus recobrem a si mesmos com uma camada de fosfato de ferro e fixam-se sobre nanotubos de carbono. Cada nanofio de fosfato de ferro pode ser conectado à malha de nanotubos. Os elétrons podem viajar ao longo da rede de nanotubos de carbono, infiltrando-se através dos eletrodos até o fosfato de ferro e transferindo a energia de maneira otimizada. A incorporação de nanotubos de carbono aumenta a condutividade do catodo sem adicionar muito peso à bateria Fonte: Redação do site Inovação Tecnológica

28 Acumuladores de Energia BATERIA QUÂNTICA (OU SPINTRÔNICA) A bateria quântica possui nanomagnetos para induzir uma força eletromotriz. Os princípios são os mesmos do modelo convencional, mas ela atua de forma mais direta. Representação gráfica da estrutura da bateria quântica. O diâmetro é comparável ao de um fio de cabelo humano. Ampliação da parte central da bateria. Os círculos brancos são os nanomagnetos, a parte funcional da bateria. Físicos das universidades de Tohoku e Tóquio - Japão, e da Universidade de Miami - EUA, desenvolveram um novo tipo de bateria, diferente de todos os modelos atuais. Esse novo modelo armazena e libera energia ao explorar a propriedade quântica do spin dos elétrons. Também pode-se dar corda na bateria de spin, para recarregá-la, aplicando um campo magnético externo, sem nenhuma reação química envolvida. Futuramente, a nova bateria poderá ganhar capacidade suficiente para alimentar automóveis elétricos, que poderão ser definitivamente viabilizados. Fonte: Redação do site Inovação Tecnológica

29 Acumuladores de Energia BATERIA NUCLEAR MINIATURIZADA Reator nuclear miniaturizado vira bateria atômica, com seis vezes mais capacidade do que as baterias de lítio O professor Jae Kwon, da Universidade de Missouri, está desenvolvendo baterias nucleares, pequenos dispositivos que, segundo o pesquisador, serão menores, mais leves e mais eficientes do que as baterias recarregáveis de lítio. A inovação não está apenas na miniaturização desse pequeno gerador nuclear, mas também em seu semicondutor. A bateria nuclear portátil usa um semicondutor líquido, quando o normal das fontes nucleares é utilizar semicondutores sólidos. A bateria nuclear ainda está em fase de desenvolvimento e, mesmo tendo o tamanho comparável ao de uma bateria de lítio do tipo botão. Quando totalmente desenvolvidas, já próximo da etapa de comercialização, as baterias nucleares poderão ser tão finas quanto um fio de cabelo humano. Fonte: Redação do site Inovação Tecnológica

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31 Integração que gera energia e desenvolvimento VE s no Sistema

32 VE s s no Sistema VE parado Recarregando a partir da rede ou de outras fontes Falta da rede VE atuando como No-Break Horário de ponta VE fornecendo energia à rede

33 Consumo - Curva de Carga do SIN 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Hora VE s s no Sistema (Quarta Feira) MW MWh/h Demanda

34 VE s s no Sistema Consumo - Curva de Carga do SIN Ponta dentro da Ponta ~ 400MW (Quarta Feira) MW MWh/h :32 Custo atual para atender o pico: MW (1,9%) Hidro: US$ 1500/kW Bateria: US$ 680/kW Demanda Para 400 MW: Hidro: US$ 600 milhões Bateria: US$ 272 milhões :00 18:00 19:00 20:00 Hora 1 Bat. -> 20 kw 400 MW -> 20 mil Baterias VE s de Consumidores: Custo Zero para o Setor Elétrico

35 Aplicações: VE s s no Sistema Baterias conectadas a Rede Linearização da Curva de Carga (Load Leveling) Qualidade de Energia (Power Quality) Controle Automático de Geração (AGC) Estabilização de Parque Eólico Complementação p/ Sist. de Geração Distribuída (Energias Renováveis) TEPCO s Ohito Substation (Japan) 6MW, 48MWh NAS System (NA = sódio/ S = enxôfre) American Electric Power 500 kw (PQ) / 720 kwh (PS) NAS Unit Fonte: Electric Power Research Institute (EPRI)

36 VE s s no Sistema American Electric Power: Bateria de Sódio Charleston, WV 1.2 MW, 7.2 MWh Operacional desde 26/Junho/06 Fonte: AEP

37 Mar/Abr/Mai.2009

38 Obrigado! Antonio Otélo Cardoso Diretor Técnico Executivo