Trabalho da disciplina PEA 2598 PROFESSOR: JOSÉ AQUILES BAESSO GRIMONI

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1 Trabalho da disciplina PEA 2598 PROFESSOR: JOSÉ AQUILES BAESSO GRIMONI 2º semestre de

2 Título do trabalho Diagnóstico energético, eficiência energética, substituições interenergéticas e correlação entre energia, desenvolvimento e meio ambiente 1 Justificativa e Objetivos do Trabalho Já é consenso em várias escolas de engenharia que o processo de aprendizado dos alunos utilizando técnicas de aprendizagem ativa é mais eficiente. Nestas técnicas, o aluno se envolve com atividades associadas a conteúdo das disciplinas em situações práticas e reais, sendo muitas delas situações que ele se depara em seu cotidiano. O trabalho que será descrito com mais detalhes no corpo deste texto e dos demais que virão foi pensado e elaborado baseado nesta proposta de aprendizagem ativa. A ideia está ligada a avaliação sobre a caracterização das necessidades energéticas dos moradores de uma residência, escolhida por cada um dos alunos, sobre as possibilidades de ações que permitam reduzir este consumo, sem afetar a qualidade do serviço energético, e as possibilidades de geração própria ou substituição de energéticos. Ainda é feita a avaliação dos impactos técnicos, econômicos e sócio-ambientais de todas as análises e ações visando a sustentabilidade. Este trabalho tem os seguintes objetivos principais: permitir ao aluno avaliar o consumo energético de sua residência; desenvolver no aluno noções sobre eficiência energética; desenvolver no aluno noções sobre substituição de energéticos e de autoprodução de energia, 1

3 desenvolver no aluno noções sobre viabilidade técnico-econômica e a correlação entre energia, meio ambiente e desenvolvimento 2 Etapas do Trabalho Cada aluno de cada grupo deverá escolher uma residência como objeto de trabalho para desenvolver o projeto, poderá ser a residência da família ou da república em que mora, ou outra residência, sendo que ele deverá ter garantido o acesso aos dados gerais da residência para que possa desenvolver todas as etapas do trabalho. O exercício será composto pelas seguintes etapas: Etapa 1 Usos finais de energia Etapa 2 Conservação de energia Etapa 3 Energia solar coletor solar plano Etapa 4 Energia solar Sistemas Fotovoltaicos Etapa 5 Energia, Desenvolvimento e Meio Ambiente 2

4 3- Usos Finais de Energia Levantamento do consumo residencial de energia Nesta etapa, os alunos deverão realizar um levantamento do consumo mensal dos diversos energéticos consumidos, durante os últimos 12 meses. Para isto, deverão ser identificados: Os usos finais de energia, Os tipos de energéticos utilizados e suas características, Os equipamentos de usos finais e suas características. Como exemplo de energético: energia elétrica, gasolina/álcool/gás natural, GLP, carvão vegetal, dentre outros utilizados. Como exemplo de usos finais: aquecimento de água, refrigeração, iluminação, transporte de pessoas, dentre outros. Como exemplo de equipamentos de usos finais: lâmpadas, chuveiro, máquina de lavar roupa, geladeira, automóveis, dentre outros. Para cada energético o aluno deverá levantar as seguintes informações: Contas mensais dos recursos energéticos utilizados quando houver. Ex: energia elétrica, gás, GLP, etc Equipamentos de usos finais: Tipos, potência (kw), quantidade, tempo de uso (horas no dia), hábitos de consumo (períodos de uso no dia), rendimento ( Ex: km/litro dos automóveis), poder calorífico dos energéticos (Kcal/kWh, ou outra unidade conforme o energético), ou seja, informações necessárias para cálculo do consumo diário e mensal de energia. Este levantamento de dados poderá ser feito da seguinte maneira: Diretamente consultando os dados de placa dos equipamentos/eletrodomésticos Através de consulta em manuais/catálogos de fabricantes, livros e tabelas nos sites das empresas concessionárias de distribuição de energia, No BEN - Balanço energético nacional 3

5 Tabelas de unidades de energia e suas transformações nos livros textos e material adicional colocado no moodle-stoa Levantamento de hábitos de CONSUMO: através de pesquisa baseada em questionários sobre hábitos de consumo aplicados nas pessoas que frequentam a residência (os moradores fixos e os flutuantes como faxineiras, empregadas, etc.). A tabela 1 mostra a tabulação de 2 (dois) exemplos de usos finais de energia elétrica para um dia especifico: Tabela 1 Exemplo de usos finais de energia elétrica para um dia específico Uso Final Equipamento Potência Individual (W) Aquecimento de água para Banho Iluminação Potência Utilizada (W) Período do Dia Chuveiro Elétrico às 20:30 h 5 Lâmpadas Incandescentes às 22 h Tempo de Uso (h) 0, Energia Consumida (Wh) - diária Estas atividades são mostradas na figura 1 através de um gráfico de demanda diária X horas de uso, denominada curva diária de carga: Dá-se o nome de demanda (W), a potência média (Integral da energia consumida (Wh) / período (h)) de qualquer intervalo de tempo, medida por aparelho integrador. 4

6 Figura 1 - Gráfico de demanda horária de dois usos finais de consumo de energia elétrica de um dia típico. Adicionalmente, para cálculo de outros indicadores nesta etapa, definidos mais adiante, cada aluno deverá levantar os seguintes dados gerais da residência escolhida. área total da residência número de pessoas fixas e flutuantes Diagnóstico energético Diagnóstico energético consiste em fazer o levantamento da quantidade consumida de cada energético, dos hábitos de consumo (período e tempo de uso) bem como determinar a participação percentual e absoluta de cada energético (matriz energética). Para análise comparativa entre os tipos de energéticos utilizados, por exemplo a participação percentual de cada um na matriz energética residencial, dentre outros cálculos, é necessário que estes energéticos estejam numa mesma unidade, OU SEJA, NÃO PODEMOS SOMAR LARANJA COM BANANA. 5

7 Neste trabalho, sugerimos que a unidade utilizada seja TEP tonelada equivalente de petróleo. Isto porque é a principal unidade utilizada para contabilizar a demanda e oferta total dos diversos energéticos nos balanços energéticos mundiais, inclusive o BEN Indicadores que devem ser calculados e apresentados Energético: eletricidade Cálculo do consumo mensal de energia elétrica ( kwh) Cálculo do consumo mensal (kwh) por uso final de energia elétrica Gráfico de barras dos consumos totais mensais de energia elétrica (kwh)(conta de energia elétrica) dos últimos 12 meses Gráfico de barra do consumo mensal de energia elétrica calculado por uso final (kwh)- Gráfico, para verão e inverno, da curva diária de carga, para um dia típico da semana, outro representando o consumo no final de semana e outro para um dia típico de feriado ( demanda(kw) x horário)). Comparar o consumo mensal calculado com os dados da conta de energia elétrica Comentar os resultados. Qual a importância de se conhecer estes consumos nas diversas bases de tempo? Demais energéticos (gasolina, álcool, carvão vegetal, gás natural, GLP, etc) Cálculo do consumo mensal total Cálculo do consumo mensal por uso final Montar um gráfico mês a mês para avaliar a sazonalidade nos consumos de cada energético- quando houver (baseado na conta de consumo ) Comparar o consumo mensal calculado com os da conta de consumo dos energéticos (quando houver) Comparar e comentar os resultados Elaboração matriz energética da residência 6

8 Colocar os dados de consumo mensal de todos os energéticos na unidade TEP (transformação de unidades) Montar um gráfico de pizza mostrando a participação percentual (%) e absoluta (TEP) de cada energético na matriz energética Comparar e comentar os resultados Cálculo de indicadores Calcular os seguintes indicadores: consumo total mensal de energia (soma dos energéticos) por área TEP/m2 consumo total mensal de eletricidade por área - kwh/m2 consumo total mensal de energia (soma dos energéticos) por pessoa TEP per capita consumo total mensal de eletricidade por pessoa kwh per capita Consumo total mensal de energia por uso final por pessoa EX1: TEP/capita- iluminação; EX2: TEP/capita-transporte de pessoas, Ex3 TEP/capita- lavagem de roupas, TEP/capita aquecimento de água, etc 7

9 4 - Conservação de Energia : Usos finais de Energia Objetivos Esta segunda etapa do exercício tem os seguintes objetivos: Realizar um levantamento do potencial de economia de energia na residência com base nas sugestões de ações a serem tomadas e descritas a seguir. Realizar uma análise para verificar a viabilidade econômica da adoção das alternativas utilizando os indicadores relacionados a seguir. Para cada uso final, identificar ou sugerir ações que possam ser tomadas no sentido de tornar estes usos finais mais eficientes (inclusive as de custo zero) Levantamento do potencial de economia de energia elétrica. Com base no levantamento dos usos/equipamentos finais de energia elétrica levantar o potencial de economia de energia elétrica agindo nos seguintes usos finais: Iluminação Refrigeração (geladeira + freezer) Para cada uso final indicado tome as seguintes ações: Recupere os dados levantados na etapa 1 (Tipo de equipamento, modelo, potência, consumo de energia, quantidade, hábitos de uso ( horas de utilização), local ( cômodo instalado). Ex: Uso final : Iluminação - 02 lâmpadas fluorescentes tubulares de 40 W na cozinha 8

10 - 03 lâmpadas incandescentes na sala, etc Identifique ações que podem ser tomadas para diminuir o consumo de energia elétrica. Ex: troca de equipamentos, mudanças de hábitos, reagrupamento da iluminação por setor, ações de automação, etc Realize uma pesquisa de mercado para identificar as lâmpadas eficientes que substituem diretamente as lâmpadas ineficientes. Justifique sua escolha. Dica: compare o fluxo luminoso para considerar a equivalência (Manter ou melhorar a qualidade do serviço de iluminação a ser utilizado). Outra pesquisa de mercado será para identificar um refrigerador que permita substituir o refrigerador inicial. Justifique sua escolha. Apresentar informações que comprovem a eficiência do equipamentos (Selo Procel) Pesquisar os preços dos equipamentos eficientes Dica: O refrigerador escolhido deve trazer apenas a indicação do consumo mensal médio. Transforme esse valor na potência do equipamento considerando o mês de 30 dias e o período de utilização indicado na etapa 1. O refrigerador eficiente deve ter capacidade em litros o mais próximo do refrigerador a ser substituído. Com base nas informações levantadas: Construa a nova curva de carga, a partir da curva original desenvolvida na etapa 1 e determine a economia mensal de energia elétrica. Para as etapas 1 e 2 determine, compare e comente os resultados: a. Consumo diário em kwh b. Demanda máxima c. Demanda média d. Fator de carga 1- Avaliação econômica das ações tomadas Com base no custo médio de energia elétrica (tarifa de energia R$/kWh) e dos custos das ações tomadas, calcule: 9

11 a. A redução (R$) da conta anual de energia elétrica b. Tempo (anos) de recuperação dos investimentos (Payback simples) c. O valor presente líquido (VPL) d. O custo da energia conservada (R$/kWh) e. Comente os resultados Dados: Taxa de juros = 12% ao ano 2- Para o uso final transporte de indivíduos Recupere as informações levantadas na etapa 1: (carro, modelo, combustível, distância percorrida, desempenho) Identifique ações de economia de energia Ex: diminuição das distâncias percorridas, troca por modelo mais eficiente ( Selo Conpet), troca de combustíveis, etc Calcule a economia no consumo anual de energia Calcule os novos gastos anuais (R$) com a ação proposta Calcule o tempo de recuperação (anos) dos investimentos nas ações propostas Calcule (quando for o caso) o preço relativo entre os combustíveis para que a troca dos mesmos seja vantajoso economicamente Obs 1 : alternativas de combustíveis: gasolina, etanol, gás natural, diesel. Pode se fazer uma análise de sensibilidade, testando modelos, combustíveis e modais. Obs 2: Até esta etapa ainda não estamos considerando ambientais. aspectos 10

12 4.3 - Outros usos finais Para cada um dos outros usos finais identificados na etapa 1, identificar ou sugerir ações que possam ser tomadas no sentido de tornar estes usos finais mais eficientes (inclusive as de custo zero) 11

13 5 - Coletor solar : Aquecimento de água 5.1- Objetivos Esta terceira etapa do exercício tem os seguintes objetivos: Substituir a tecnologia utilizada no aquecimento de água de banho por coletor solar plano Realizar o cálculo do dimensionamento de um coletor solar para atendimento da energia térmica necessária para aquecimento de água de banho Efetuar o cálculo da economia de energia com a substituição da tecnologia atual pelo coletor solar plano Efetuar uma análise econômica da substituição de tecnologias Apresentar comentários a cerca das vantagens/desvantagens, limitações e sugestões sobre o uso de coletor solar plano 5.2- Roteiro para levantamento de dados e dimensionamento do coletor solar plano As seguintes informações devem ser levantadas: Dados da tecnologia atual: - Tipo de equipamento usado para aquecimento de água e sua fonte de energia - Características do equipamento e fonte de energia: Potência, poder calorífico da fonte de energia, rendimento da tecnologia (quando for o caso) Dados de hábito de consumo e nível de conforto: Necessários para cálculo do consumo diário de água quente. - Número de moradores da residência - Número de banhos - Horários de banho - Tempo de banho - Consumo médio de água quente da ducha ou chuveiro utilizado litros/min (estimar de acordo com modelo usado consultar referência) Dados adicionais necessários para dimensionamento do sistema: - Localização da residência e latitude - Área disponível para localização da instalação e ângulo de inclinação (para telhados) - Radiação solar do local no ângulo de inclinação do coletor Norte geográfico do local e orientação do telhado (quando for o caso) - Área do coletor solar escolhido e seu rendimento - Temperatura de banho adotar 30º C (temperatura na saída do coletor = diferença entre a temperatura da entrada (ambiente) e saída do coletor - Temperatura ambiente adotar média anual 12

14 Dica: Pode-se manter o nível de conforto utilizando a mesma vazão ou optar por uma vazão menor (Por exemplo, mantendo e usando os chuveiros que têm menor vazão, desligando sua alimentação elétrica, ou comprando uma ducha de menor vazão (para quem usa aquecedor á gás)). Nesses tempos de falta de água, é importante matar dois coelhos com uma paulada só ), ou seja, economizar água e energia elétrica ao mesmo tempo. Dados para avaliação econômica da troca de equipamentos - Preço do coletor solar: Inclui placa, reservatório térmico mais custo de instalação - Preço da ducha nova, caso a ducha usada ou chuveiro sejam Substituídos - Tarifa de energia : elétrica ou de gás - Taxa de desconto : 12 % - Vida útil do novo equipamento (coletor solar) Obs 1: É possível que residências que usam chuveiro não possuam instalação hidráulica de água quente. Quando se utiliza um sistema central de aquecimento, como o caso do coletor solar em estudo, é necessário a instalação da tubulação de água quente (origem: reservatório térmico) e tubulação de água fria ( origem: caixa da água) para que localmente (nas torneiras) a água seja misturada de acordo com a temperatura de banho desejada por cada indivíduo. Neste exercício, estamos desconsiderando o projeto e custo da instalação da turbulação de água quente. Assim sendo, toda a análise econômica será feita sem considerar o custo da tubulação interna de água quente. Obs 2: Para facilitar o cálculo, considere, independente da área disponível na edificação, o uso de sistema termossifão, ou seja sem uso de bomba para circulação forçada. Obs 3: Os reservatórios térmicos vendidos possuem sistema auxiliar de aquecimento elétrico ou a gás. Para facilitar a análise comparativa entre as residências dos membros da equipe, edificações que usam aquecimento a gás, optem por comprar reservatório térmico com sistema auxiliar a gás. Caso contrário, ou seja, se for adquirido, reservatório térmico com aquecimento elétrico auxiliar, o consumo de energia elétrica dessas residências irá aumentar e não diminuir. Dica: Edificações que ficam na região sul e sudeste, assuma que com o uso do coletor solar haverá ainda 30% de consumo mensal de energia (gás ou elétrica) com relação ao consumo da tecnologia antiga. Com base nas informações, dicas, observações e no conteúdo da aula dada sobre coletor solar, efetuem os seguintes cálculos e precedimentos: 13

15 - Calcule o consumo diário de água quente e escolha o reservatório térmico (boiler) necessário para atendimento deste consumo. Dica: consulte fabricante, vendedor e identifique os tamanhos disponíveis no mercado escolhendo o reservatório com volume mais próximo do consumo diário calculado de água quente. - Dimensione a capacidade de área necessária para instalação dos coletores solares. Utilize a equação (dada em aula) do balanço de energia. - Em função do tipo e área do coletor solar escolhido, calcule o número de coletores necessários. - Apresente um layout simplificado da instalação dos coletores. Obs: Será necessário identificar na edificação as seguintes condições para instalação e projeto do sistema: - Local e área para instalação dos coletores - No caso de instalação em telhado: área, orientação e inclinação. Observação importante: Não recomendamos que ninguém suba no telhado para o levantamento dessa informações. Façam uma estimativa de área, inclinação e orientação com base na planta (se houver) ou através de uma observação em solo. Quem tiver bússola, pode identificar o norte magnético. Porém os coletores são voltados para o norte geográfico (verdadeiro). É necessário conhecer a declinação magnética do local que é a diferença entre o norte magnético e o norte geográfico. O seguinte site fornece a declinação magnética dos locais: Como base na observação da orientação e inclinação do telhado é bem provável que o mesmo não esteja orientado exatamente para o norte geográfico. A tabela 1 do anexo, apresenta fatores para compensação de área para coletores lisos em função do desvio da orientação do mesmo. Caso seja necessário utilizar estes fatores será necessário refazer o cálculo da área necessária e número de coletores. Lembrando que a indevida inclinação e orientação dos coletores resulta em perda de eficiência dos mesmos. Para quem vai usar a laje para instalação dos coletores solares, os mesmos podem ser instalados diretamente na orientação e inclinação recomendados. Tabela para correção da área do módulo em função do desvio 14

16 Dica: Os dados de radiação solar podem sem encontrados no seguinte formato: Ex: dados fictícios (chute): radiação diária, média mensal: kwh/m2 : Plano horizontal. Obs 1: Necessário usar a radiação solar no plano de inclinação do coletor e não na horizontal como foi indicado na tabela. Não é recomendável instalar o coletor na horizontal, mesmo nas edificações que ficam localizadas em regiões próximas ao equador tendo em vista o acúmulo e sujeiras. Sugestão: usar ângulo de inclinação em torno do valor da latitude para as edificações situadas nas regiões sul e sudeste e ângulo para obtenção da maior média anual de radiação calculado no site fornecido abaixo para regiões mais próximas do equador. Para simplicidade dos cálculos e para que todos os membros utilizem o mesmo critério de dimensionamento, use um valor de radiação considerando o valor médio dos 12 meses. Para pesquisar dados de radiação solar e realizar o cálculo no plano inclinado de acordo com as coordenadas do local acesse: 15

17 5.3 - Indicadores de mérito para avaliação técnica e econômica do projeto Feito o dimensionamento do sistema, efetue os seguintes cálculos: - Calcule o consumo mensal de energia elétrica (verão e inverno) : Assuma que nos meses de verão o coletor é autosuficiente e que nos meses de inverno o consumo de energia auxiliar é de 30% com relação ao consumo de energia do equipamento antigo para as localidades situadas na região sudeste e sul. - Apresente a nova curva diária de carga Uma típica de verão e outra de inverno apontando o impacto na demanda máxima e média - Calcule o Payback simples e o CEE Custo da energia conservada - Apresente o layout simplificado da instalação indicando as dimensões dos equipamentos e parâmetros de dimensionamento calculados - Apresente comentários acerca das vantagens/desvantagens, limitações e sugestões sobre o uso de coletor solar plano - Comente os resultados obtidos nos cálculos 16

18 6 - Sistema fotovoltaico Objetivo Essa etapa do Seminário tem a função de realizar uma avaliação técnicaeconômica da implantação de um sistema fotovoltaico nas edificações. Neste caso, a opção que será adotada será a de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. O sistema conectado à rede tem a seguinte configuração simplificada: Figura 1 Gerador conjunto de módulos fotovoltaicos (Painel solar) ligados em série-paralelo para fornecer a potência necessária e nível de tensão CC requerida pelo inversor utilizado. Inversor Equipamento que converte a energia gerada com voltagem CC para voltagem AC. M Medidor de energia elétrica mede a energia injetada e consumida da rede elétrica. 17

19 O sistema também conta com cabos (condutores elétricos que interligam os componentes do sistema, disjuntor e painel). Para o dimensionamento do sistema o aluno deverá recuperar da etapa 2, o consumo diário de energia (Wh/dia). Porquê etapa 2? Como sistemas fotovoltaicos ainda possuem um preço elevado, é importante que os mesmos sejam dimensionados considerando um consumo de energia mais eficiente. A seguir apresenta-se um roteiro para dimensionamento do sistema Passo 1 : Recuperar o consumo diário de energia ( Wh/dia) Passo 2 : Acessar o site do Cresesb ( etapa 2) para verificar a radiação solar a ser utilizada de acordo com a localização da edificação. Obs: Usar a radiação diária (kwh/m2) na latitude do local e média dos 12 meses. Passo 3 : Para calcular a energia que o painel solar deve gerar ( ponto A do sistema) para atender o consumo diário de carga, a seguinte equação deve ser utilizada: Consumo A = Consumo B / ( inverso r x ( 1 - perdas na fiação)) inverso - rendimento do inversor : utilizar 90% 18

20 Utilizar para perda na fiação = 3% Passo 4 : Cálculo da potência do painel solar Para este cálculo é necessário conhecer a radiação solar diária levantada de acordo com as condições estabelecidas acima. P(Wp) = Consumo no ponto A / NSP NSP = Número de horas de sol pleno. O que vem a ser isto????? Explicação esta na figura 2: Figura 2 19

21 Assim sendo, a potência do painel é calculada na unidade Wp (Watts-pico). Os módulos fotovoltaicos são vendidos na potência Wp, ou seja, um módulo de 100Wp significa que ele atinge esta potência quando a radiação solar atinge seu valor máximo ao meio dia (sol pleno céu sem nenhuma nuvem) que é de 1000W/m2. O aluno deverá consultar no mercado módulos : potência (Wp) e tensão na saída (Vcc) Por exemplo (chute) Se o aluno escolher um módulo de 120 Wp; 24Vcc e a potência do painel calculada foi igual a 1200Wp, terá que ser adquirido: Número de módulos = 1200Wp/120Wp = 10 módulos Como eles deverão ser ligados?? Como a tensão do lado CC do sistema sugerido foi de 48 volts, terão que ser ligados dois módulos em série. 48Vcc/24Vcc = 2 Para alcançar a potência necessária terá que ter 05 ramos em paralelo de dois módulos em série. Configuração da ligação dos módulos: 20

22 Figura 3 Lembrando que potência = V x I (Watts) Não se preocupem com os diodos. Eles já fazem parte do módulos adquiridos. Passo 5: Escolha do inversor Escolha no mercado um inversor com potência 1,2 x potência do painel. Se o datasheet do inversor fornecer a eficiência, tudo bem, se não, como informado acima, use o valor de 90%. O inversor deve ter uma tensão de entrada de 48Vcc (Claro. Sua entrada está ligada diretamente no painel solar) e uma saída de 220 Volts conforme indica o esquema. È possível adquirir inversores de menor potência e colocar um número maior deles para chegar na potência requerida. Ufa. Estamos perto do final. Pronto: agora já dá para fazer um esquema completo da ligação do circuito considerando número de módulos e inversores conforme o esquema mostrado na figura 1. 21

23 Mais um pouco: Importante: Calcular a área ocupada pelo painel solar. Afinal, será que temos telhado para colocar os módulos? Equação para cálculo aproximado da área: P(Wp) = nm x A painel (área em m 2 ) x 1000 W/m 2 A painel (m 2 ) = P(Wp)/ (nm x 1000) Porque usar a radiação de 1000 W /m2? Porque a potência foi calculada na unidade Wp ( Lembra? ) Caso o datasheet do módulo escolhido não indique sua eficiência (nm), considerar um valor de 15%. Você encontrou um problema? Não tem espaço no seu telhado para instalar esta quantidade de módulos? Solução: Redimensione o seu sistema calculando a potência do painel para atender 50% do seu consumo. Espero que dessa vez o seu telhado comporte. Se mesmo assim, não der, diminua a % atendida. A má notícia, é que terá que refazer os cálculos e os desenhos. Mãos à obra. Avaliação econômica: Dimensionado o sistema, as seguintes informações são necessárias para cálculo da viabilidade econômica. - Preço do módulo - Preço do inversor - Considere um custo de instalação (cabos, painel, disjuntor, medidor e instalação dos módulos) = 2000 R$/kW instalado - Tarifa de energia elétrica (R$/kWh) a sua - taxa de desconto = 12% Calcular: Custo total de investimento (R$) = Custo dos equipamentos + custo de instalação Custo do kwp instalado (Investimento / kw instalado) 22

24 Sendo kw instalado = potência do painel em kwp Custo da energia gerada (R$/MWh) = Investimento total x FRC/ Energia anual gerada* *Trata-se de um cálculo simplificado, pois está se considerando que a vida útil do inversor é igual a dos módulos fotovoltaicos 25 anos n i.(1 i) FRC( i, n) n Sendo: FRC = Fator de recuperação do capital = (1 i) 1 23

25 6 - Energia, Desenvolvimento e Meio Ambiente Objetivo Essa etapa do Seminário tem o objetivo de permitir aos alunos realizar uma avaliação da emissão de CO2 equivalente devida às atividades de consumo de energia das etapas 1 e 2 do trabalho para reforçar conceitos através da análise de dados reais obtidos no estudo. Vamos determinar a emissão de CO2 equivalente em função dos valores da matriz de consumo de energia residencial da etapa 1 e da etapa 2, em função das ações realizadas. Devido a complexidade da modelagem e análise, não vamos avaliar a emissão de CO2 do ciclo de vida completo (ACV) de cada fonte energética e combustível utilizado, mas o aluno deve ter consciência da importância desta análise mais completa. Vamos, portanto nos restringir a emissão na operação. Passo 1 Para fazer este levantamento vamos detalhar como se determina a emissão de CO2 equivalente em função da matriz energética da residência. A nossa matriz de produção de energia elétrica é predominantemente baseada na produção de energia hidroelétrica, como já vimos nas aulas. A composição de emissão de CO2 devida ao setor de energia elétrica é feita pela contribuição das diversas fontes de energia primária que são utilizadas para produzir energia elétrica, de forma proporcional. O peso é proporcional ao despacho de cada forma de energia primária, portanto muda em função da priorização dada pelo operador do sistema, em função de restrições técnicas, econômicas e ambientais. Como o potencial de energia hidráulica é sazonal, tem sido uma prática em períodos úmidos com pouca chuva, realizar o despacho de usinas térmicas para preservar a água nos reservatórios para o período seco. Esta prática acaba elevando o custo da energia e aumentando muito a emissão de CO2. 24

26 Podemos ter uma idéia da equivalência relativa dos GEE em relação ao CO2 observando os dados da tabela 1 a seguir: Tabela 1 Equivalência relativa dos GEE em relação ao CO2. Gás Potencial de Aquecimento Global (CO2 equivalente) Dióxido de Carbono 1 Metano 21 Óxido nitroso 310 Hidrofluorcarbonos Perfluorcarbonos 140 a Hexafluoreto Sulfúrico 6500 a 9200 No site do MCTI temos os valores médios mês a mês da emissão de CO2 equivalente do setor de energia elétrica dado em toneladas equivalentes de CO2 por KWh gerado. Também é possível obter neste site o valor médio diário e também o horário dia a dia. Dados de 2014: Dados de 2013: Com o consumo da residência em kwh mensal, que esta discriminado na conta de energia elétrica de cada residência, ou que pode ser obtido de forma aproximada pelo consumo diário (levantado na etapa 1) multiplicado pelo número de dias de cada mês, é possível determinar emissão mensal de CO2 de sua residência na etapa 1 deste estudo. Para a etapa 2, considerando as ações realizadas, teremos reduções no consumo de energia elétrica impactando de forma igual todos os diversos meses do ano. 25

27 Podemos avaliar assim o efeito de redução anual de emissão de CO2 da etapa 2 em relação a etapa 1, considerando apenas o consumo das curvas do período de verão (dezembro a abril) e o consumo das curvas do período de inverno (maio a novembro), começando em maio de 2013 indo até abril de Podemos obter a emissão mensal de CO2 através do produto do fator de emissão médio mensal pelo consumo mensal de energia elétrica, conforme a expressão a seguir: Emissão mensal de CO2 (tco2) = Quantidade de Energia Elétrica Consumida Mensalmente (kwh) x Fator de emissão de CO2 equivalente mensal(tco2/kwh) Passo 2 Para os outros combustíveis faremos o cálculo de emissão anual de CO2 só para etapa 1, pois nem todos alunos calcularam a redução das ações de redução de consumo na etapa 2. Para os outros energéticos (Gás Natural, GLP, gasolina, álcool, diesel) podemos determinar a emissão de CO2 emitido mensalmente utilizando a seguinte expressão: Emissões de CO2 mensal (tco2) = Quantidade de Combustível Consumido mensal (TJ) x Conteúdo de Carbono (tc/tj) x 44/12 x Fator de Oxidação OBS: 44/12 e a razão entre os pesos moleculares do CO2 e do C. Os valores de conteúdos de carbono e fatores de oxidação para cada tipo de combustível fóssil são apresentados na tabela 2. Passo 3 Determinar as emissões totais de CO2 anual que serão dadas pelas somatórias das emissões anuais de cada um dos energéticos utilizados e calculados nos passos 1 e 2. Lembrar que para a energia elétrica foram calculadas as emissões das etapas 1 e 2 e para os outros energéticos 26

28 devemos considerar a mesma emissão na etapa 1 e 2. Portanto, valem as seguintes expressões: Emissões de CO2 total (tco2) etapa 1 = Emissões de CO2(tCO2) energia elétrica etapa 1 + Emissões de CO2(tCO2) outros energéticos etapa 1 Emissões de CO2 total (tco2) etapa 2 = Emissões de CO2(tCO2) energia elétrica etapa 2 + Emissões de CO2(tCO2) outros energéticos etapa 1 Tabela 2 Fatores de emissão por tipo de combustível fóssil. Referência: s_atmosfericas_fontes_energeticas.pdf 27

29 OBS: Considerar para o álcool anidro (misturado na gasolina) (14,81 tc/tj); álcool hidratado(etanol) (14,81 tc/tj). Vale também que 0,174 kg de etanol anidro correspondem a 0,332 kg de CO2 (porção renovável) e o fator de oxidação é de 100%. 28

30 Bibliografia [1] GOLDEMBERG, J. Energia, Meio Ambiente & Desenvolvimento. Editora EDUSP. 3a edição revisada e ampliada. [2] Roger A. Hinrichs, Merlin Kleinbach, Lineu Belico dos Reis. Energia e Meio Ambiente, Tradução da ed 4 americana. Cengage Learning Edições Ltda, São Paulo, SP, [3]Textos a serem disponibilizados pelos professores no sitio da disciplina. [4] MME. Ministério de Minas e Energia. Balanço Energético Nacional. [5] Documento de Planejamento das Disciplinas PEA3100 e PEA2200 de 2014 Aderbal, Alberto, Eliane, José Aquiles e Sergio [6] site CONPET acesso dia 30/01/2014 [7] site Selo PROCEL - 1C116F13AB71%7D# - acesso dia 30/01/