Panorama das Energias Solar e Eólica No Brasil e no Mundo

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1 Pnorm ds Energis Solr e Eólic No Brsil e no Mundo IV Semn de Meio Ambiente CEFET, 28 de mio de 2009 Ricrdo Mrques Dutr Deprtmento de Tecnologis Especiis 1 Centro de Pesquiss de Energi Elétric - CEPEL Centro de P&D do Sistem Eletrobrás Mior centro do Brsil em P&D de energi elétric Miores lbortórios de lt tensão e potênci n Améric Ltin Associção sem fins lucrtivos fundd em 1974 Mis de 500 funcionários e 100 prceiros de Universiddes Infr-estrutur de P&D de US$ 300 milhões Orçmento nul de cerc de R$ 135 milhões Apoio Técnico pr o Sistem Eletrobrás, Governo (MME), Entiddes Setoriis (ONS, CCEE, EPE e ANEEL), concessionáris e indústri Unidde Ilh do Fundão Unidde Adrinópolis 2

2 Sumário Introdução Contexto Ncionl e Interncionl d Energi Eólic Contexto Ncionl e Interncionl d Energi Solr Projetos do CEPEL em Energis Solr e Eólic 3 Mtriz Energétic Mundil (2006) Prticipção de energi renovável vel no mundo: 12,9% PETRÓLEO e DERIVADOS GÁS NATURAL CARVÃO MINERAL 34,4% 20,5% URÂNIO RENOVAVEIS* BIOMASSA 10,7% 2,2% 6,2% 26,0% (Fonte: BEN, 2008) * Utilizção ds fontes renováveis pr gerção de energi elétric tis como hidráulic e eólic 4

3 Mtriz Energétic Brsileir (2007) Prticipção de energi renovável vel no Brsil: 46% PETRÓLEO e DERIVADOS GÁS NATURAL 37,4% 9,3% 6,0% CARVÃO MINERAL 1,4% URÂNIO RENOVAVEIS* BIOMASSA 14,9% (Fonte: BEN, 2008) 31,1% * Utilizção ds fontes renováveis pr gerção de energi elétric tis como hidráulic e eólic 5 Cpcidde de Gerção Elétric no Brsil Totl: 111,76 GW Hidro Gás Petróleo Biomss Nucler Crvão Minerl Eólic Importção 7,3% 0,4% 1,3% 1,8% 4,6% 69,5% 4,5% 10,6% (Fonte: ANEEL, 2009) 6

4 Uso d Energi: Meio Ambiente FONTE: Instituto de Pesquis Ambientl d Amzôni 7 Mturidde e custos ds tecnologis TECNOLOGIA POTENCI AL (GW) TAMANHO TÍPICO (kw) APLICAÇÃO MATURIDADE DA TECNOLOGIA VIABILIDADE TÉCNICA CUSTO INVESTIMENTO (US$/kW) CUSTO O&M (US$/MWh) CUSTO COMBUSTÍVEL (US$/MWh) CUSTO GERAÇÃO (US$/MWh) EFICIÊNCIA SOLAR FOTOVOLTAICA A 10 - INTERMITENTE - GRID E OFF-GRID COMERCIAL (GRID) COMERCIAL (OFF-GRID) ALTA (GRID) ALTA (OFF- GRID) HELIOTÉRMICA TORRE CENTRAL A CILINDROS DISCOS EÓLICA BIOMASSA 27.7 PCHs A BASE - GRID - BASE - GRID - BASE -GRID E OFF-GRID -INTERMITENTE -GRID E OFF-GRID -BASE -GRID E OFF-GRID -VARIÁVEL -GRID E OFF-GRID PRÉ-COMERCIAL COMERCIAL DEMONSTRADA COMERCIAL COMERCIAL COMERCIAL ALTA ALTA MÉDIA ALTA ALTA ALTA (Fonte: CEPEL/CRESESB) 8

5 Tecnologis em Foco (energi renovável complementr) Eólic Solr Fotovoltic Solr Térmic 9 Energi Cinétic dos Ventos Potênci extríd do vento P = 1/2 ρ A V 3 Potênci Máxim Aproveitd (Teóric) P = Cp 1/2 ρ A V 3 Máxim potênci teóric proveitável: Cp = 16/27 prox. 0,59 Potênci Máxim Aproveitd (Rel) P = ηcp 1/2 ρ A V 3 Eficiênci d Máquin Eólic: η 10

6 Elementos do Aerogerdor de Eixo Horizontl Pás Diâmetro do Rotor NACELE Altur do Rotor Torre Fundção Torre Fundção 11 Concepção Dinmrques (com cix de engrengem) 12

7 Concepção Enercon Sem Cix de Engrengens 13 Aplicções d Energi Eólic Ctvento Bombemento d águ Residêncis Fzends Aplicções Remots 14

8 Aplicções d Energi Eólic Pequeno Porte ( 10kW) Residêncis Fzends Aplicções Remots Intermediário (10-250kW) Mini-grid Sistems Híbridos Gerção Distribuíd Grnde Porte (250 kw - +2MW) Fzends Eólics Gerção Distribuíd 15 Instlções Off-Shore Horns Rev Offshore Wind Frm (2002) (2MW x 80 = 160 MW) 14-20km d cost 16

9 Evolução d potênci dos erogerdores Amdurecimento Tecnológico (DEWI, 2006) 17 Potênci Eólic Instld no Mundo 121,2 GW instldos no mundo em mercdos mis importntes em 2008 # Pís USA Alemnh Espnh Chin Índi Itáli Frnç Reino Unido Dinmrc Portugl MW (Fonte: WWEA 2009) 18

10 Potencil Eólico Brsileiro Potencil Bruto: 143GW Altur de Referênci: 50m 19 Usins eólics em operção no Brsil PROINFA Eólic (Potênci) Contrtdo Em Operção Em Obrs 1.422,96 MW 386,63 MW 369,50 MW PROINFA Eólic (n o de empreendimentos) Contrtdo Em Operção Em Obrs (Fonte: ANEEL, 2009) ,5 MWInstldos (0,37%) 33 Usins em Operção (Fonte: ANEEL, 2009) 20

11 Usin Eólic de Tíb - CE 5 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 21 Usin Eólic de Prinh - CE 10 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 22

12 Usin Eólic de Mucuripe - CE 2,4 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 23 Prque Eólio Elétric de Plms - PR 2,5 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 24

13 Usin Eólic de Bom Jrdim - SC 0,6 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 25 Usin Eólic de Mcu - RN 1,8 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 26

14 Usin Eólic de Águ Doce - SC 4,8 MW ( 27 Prque Eólico do Horizonte - SC 9 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 28

15 Usin Eólic de Rio do Fogo - RN 49,3 MW (CRESESB, 2006) 29 Prque Eólico de Osório, Sngrdouro e Índios - RS (CRESESB, 2006) 50 MW 50 MW 50 MW 30

16 Centrl Gerdor Eólic Millennium - PB 10,2 MW (WOBBENWINDPOWER, 2008) 31 Usin Eólic de Beberibe - CE 25,6 MW ( 32

17 Eólic Prcuru - CE 23,5 MW ( 33 Energi eólic - perspectivs Perspectivs de crescimento e de ser um lterntiv expnsão de gerção térmic contribuindo pr evitr umento de emissões. O grnde potencil eólico brsileiro e evolução tecnológic dos erogerdores pontm energi eólic como um lterntiv viável econômic e mbientlmente. O PNE 2030 indic um inserção, té 2030, de proximdmente MW d tecnologi eólic. Os Vlores Econômicos d gerção eólic vrim de R$/MWh, pr ftores de cpcidde entre 0,42 e 0,32, respectivmente, sendo superiores à médi de preços dos leilões de energi nov. Necessidde de continuidde Leilões nuis pr contrtção de 1GW de eólic o longo de 10 nos (propost ABEEÓLICA, 2009). Energi EólicE X Energi de Fonte HídricH Complementres 34

18 x Tecnologis em foco (energi renovável complementr) Eólic Solr Fotovoltic Solr Térmic 35 O Sol O Sol envi pr Terr energi equivlente cerc de vezes o consumo mundil de energi brut 36

19 Energi Solr Fotovoltic Princípio de Funcionmento Efeito Fotovoltico - conversão diret de energi luminos (fótons) em energi elétric (tensão x corrente) Célul Fotovoltic - construíd prtir de um junção p-n de mteril semicondutor, normlmente o Silício; tem propriedde de implementr o efeito fotovoltico Mteriis O mteril mis empregdo ns céluls fotovoltics tulmente é o Silício (Si), que é o mteril básico d indústri eletrônic (chips) e o segundo mteril mis bundnte n crost terrestre (o Brsil tem s miores reservs mundiis de Silício) 37 Tipos de Céluls Fotovoltics Silício cristlino monocristlino e policristlino Silício morfo Telureto de Cádmio - CdTe Disseleneto de Cobre Índio (CIS CuInSe2) Arsenieto de Gálio GAs Céluls de Multi-Junção Corntes 38

20 Tipo de Módulos Fotovolticos SÍLICIO MONOCRISTALINO 39 Tipos de Módulos Fotovolticos SÍLICIO POLICRISTALINO 40 20

21 Tipos de Módulos Fotovolticos SÍLICIO AMORFO

22 Sistem Fotovoltico de Gerção de Energi Elétric 43 Projeto DoE/NREL/CEPEL Sistems fotovolticos instldos em css geminds no município de Pentecoste, CE 44

23 PRODEEM Prty, RJ Comunidde de Pouso d Cjíb: E.M. Pouso d Cjíb, Centro Comunitário, Posto de Súde, Sistem Telefônico Comunidde de Pri do Sono: E.M. Mrtins de Sá, Posto de Súde, Centro Comunitário Fonte: Ger-Sol (SEINPE/RJ) 45 Projeto Ribeirinhs Amzons (Prceri ELETROBRÁS/CEPEL/CEAM) Trnsporte dos equipmentos Sistem instldo em N.S.P. Socorro Mncpurú 46

24 Progrm Luz pr Todos Sistem fotovoltico instldo n Bhi (COELBA) 47 Cs Solr Eficiente do CEPEL 48

25 Projetos CEPEL MARINHA Arquipélgo São Pedro e São Pulo Posto Ocenográfico d Ilh d Trindde 625 km 380 km 545 km 1170 km 1680 km 49 Arquipélgo de São Pedro e São Pulo Loclizdo cerc de 1.010km do ponto mis extremo do RN Prceri entre o MME, o CEPEL e Mrinh do Brsil Sistem fotovoltico instldo em jun/1998 Pinel fotovoltico de 3,6kWp Desslinizção de águ Estção Científic do Arquipélgo de São Pedro e São Pulo 50

26 Arquipélgo de São Pedro e São Pulo Nov ECASPSP inugurd em junho de 2008 Pinel fotovoltico de 7,8kWp Equipmentos mis modernos Desslinizção de águ Nov Estção Científic do Arquipélgo de São Pedro e São Pulo 51 Arquipélgo de São Pedro e São Pulo 52

27 Ilh d Trindde Desenvolvimento de estudos de vibilidde pr implntção de um projeto de gerção de energi elétric, trvés de fontes renováveis, que substitu, no todo ou em prte, o sistem gerdor existente, buscndo o uso eficiente de energi e sustentbilidde mbientl d Ilh d Trindde. 53 A Experiênci Brsileir Sistems instldos CHESF LABSOLAR-UFSC LSF-IEE/USP UFRJ/COPPE LABSOLAR-UFSC Grupo FAE/UFPE (F. Noronh) LSF-IEE/USP LABSOLAR CEPEL H R (Porto Alegre) Grupo FAE/UFPE (F. Noronh) CELESC LSF-IEE/USP UFRGS CEMIG Escol Técnic de Pelots LSF-IEE/USP Grupo FAE/UFPE TOTAL (Fonte: LSF/IEE/USP) Potênci (kwp) 11,0 2,1 0,75 0,85 1,1 2,5 6,3 10,0 16,2 3,3 2,5 4,2 6,0 4,8 3,0 0,85 3,0 1,7 Ano de instlção ,15 54

28 Sistem Fotovoltico Residencil Conectdo à Rede 55 A Experiênci Interncionl Sistems fotovolticos residenciis rooftop EUA (esquerd) e Alemnh (direit) 56

29 A Experiênci Interncionl Fonte: Jpão/SHARP Corportion sistems FV em condomínio residencil - Jpão 57 A Experiênci Interncionl (Fonte: Site PVDtbse) 17 kwp - Alemnh 100,4 kwp - Mdri, Espnh 58

30 A Experiênci Interncionl (Fonte: Site PVDtbse) 85 kwp Reino Unido 97 kwp - Alemnh 59 Produção Mundil de Pinéis Fotovolticos 6000 Tx de Crescimento 85% 90% % 69% 70% [Mwp/no] % 42% 40% 40% 34% 45% 40% 50% 30% 10% Produção de Céluls Solres Tx de Crescimento Anul 0% Produção de Céluls ,0 Tx de Crescimento 30% 42% 40% 40% 34% 67% 45% 40% 69% 85% (Photon Interntionl -03/09) 60

31 Produção Mundil de Pinéis Fotovolticos Distribuição Regionl 2008 (2007) 61 Pinéis fotovolticos Potênci instld em nível mundil (Fonte: SOLARBUZZ, 2009/ PHOTON INTERNATIONAL, 2008) 62

32 Pinéis fotovolticos Potênci instld em nível mundil Potênci fotovoltic instld nos últimos 5 nos (MW) Alemnh Jpão EUA Espnh (Fonte: Site IEA) 63 Mercdo mundil de pinéis fotovolticos Incentivos governmentis expressivos têm sido utilizdos pr o desenvolvimento deste mercdo (feed-in, incentivos fiscis, linhs de finncimento especiis, etc.) Centens de fbricntes de pinéis fotovolticos no mundo Predominânci de plicções conectds n rede elétric Custos: US$ 2,00/Wp (célul); US$ 5,00/Wp (módulo completo) Evolução tecnológic: Si morfo com eficiêncis superiores 8% (Fonte: PHOTON INTERNATIONAL, 2009) 64

33 Energi Solr Fotovoltic no Brsil Tem sido utilizd, no Brsil, em plicções distntes d rede, em prticulr n região mzônic e no interior d região nordeste (exemplo: PRODEEM / Luz pr Todos) Se houver um redução de custos ind mis significtiv do que que já está se verificndo, plicções interligds podem contribuir num cenário distnte de substituição de fontes térmics Produção de equipmentos no Brsil tem vntgem de utilizr bse hidráulic (menor emissão n produção de equipmentos) Brsil: Mior exportdor de Si gru metlúrgico do mundo 65 Energi Solr Fotovoltic Pnorm Industril Brsileiro Módulos FV Importdos. Atulmente sem fbricção expressiv no Brsil. No pssdo, Fone-Mt e Heliodinâmic (tecnologi 100% ncionl). Váris outrs empress já demostrrm interesse em estbelecer-se no Brsil Bteris Ncionis. Chumbo-ácido. Produção há décds (Mour, Delphi e Tudor) Inversores e Controldores de Crg Importdos/ Ncionis. Vários fbricntes no pís com pequen produção (Unitron, Pronet, etc.) Diversos representntes e fornecedores de fbricntes interncionis Associção de Empress (ABEER - Associção Brsileir de Empress de Energis Renováveis), fundd em 1995, reune diverss empress do setor 66

34 Tecnologis em Foco (energi renovável complementr) Eólic Solr Fotovoltic Solr Térmic 67 Solr Térmico Aquecimento solr residencil Grnde oportunidde de crescimento d utilizção de coletores solres plnos pr quecimento de águ. É desejável que um legislção dequd e disponibilidde de finncimento estimulem su utilizção. Fonte: 68

35 Sistem Solr Térmico Princípio de Funcionmento CONSTITUIÇÃO DO COLETOR SOLAR PLANO (Fonte: GreenSolr,, PUC-MG) 69 Solr Térmico Aquecimento solr residencil O Brsil possui sétim mior áre de coletores solres instldos do mundo: 3,1 milhões de m²: 84% no setor residencil; 15% no setor terciário (hotéis e serviços); 1% no setor industril. Em termos populcionis, o Brsil possui pens 1,72 m² de áre coletor instld pr cd 100 mil hbitntes, muito trás de Chipre (84,4), Brbdos (26,9) e Turqui (13,5). A tx médi de crescimento nul d áre coletor instld no Brsil é de 14%, enqunto no Cndá é de 50%, n Alemnh de 39% e n Frnç e n Gréci, de 34%. (Fonte: Solr Het Worldwide, Edition 2008) 70

36 Exemplos de Aplicções Em motéis: Motel Millenium - Presidente Prudente, SP Motel Dlls - Belo Horizonte, MG Cpcidde: lts Áre coletor: 410 m 2 (Fonte: Trnsen) (Fonte: GreenSolr,, PUC-MG) 71 Exemplos de Aplicções Em hotéis: Hotel Rivier Arçtub, SP Hotel em Porto Seguro, BA Cpcidde: lts Áre coletor: 146 m 2 (Fonte: Trnsen) (Fonte: GreenSolr,, PUC-MG) 72

37 Exemplos de Aplicções Em residêncis de lto pdrão: (Fonte: Trnsen) (Fonte: Trnsen) 73 Exemplos de Aplicções Em residêncis populres: Conjunto Hbitcionl Spucis - Contgem, MG (Fonte: GreenSolr, PUC-MG) 74

38 Exemplos de Aplicções Em piscins: Mins Tênis Clube Belo Horizonte, SP Áre d Piscin: 1500m 2 Áre coletor: 930 m 2 (Fonte: Site d Polisol) 75 Energi Solr Térmic Inicitivs Ncionis: Ciddes Solres (prceri estbelecid em 2006 entre Vite Civilis e ABRAVA) - rede de municípios, concessionáris, construtores, tomdores de decisão, ONGs, pesquisdores e ciddãos foco no desenvolvimento de progrms e legislção de incentivo o uso do quecimento solr busc integrr o quecimento solr no plnejmento pr sustentbilidde provção de Leis que obrigm utilizção de sistems solres térmicos em diverss ciddes (São Pulo, Belo Horizonte, Porto Alegre e Birigui) 76

39 Energi Solr Térmic Inicitivs Ncionis: Substituição de chuveiros elétricos por quecedores solres em residêncis de bix rend relizd por lgums concessionáris de energi elétric Projetos finncidos pel Cix Econômic Federl Certificção qunto à qulidde dos produtos trvés do Progrm Brsileiro de Etiquetgem 77 Progrm Brsileiro de Etiquetgem Ensios em Coletores Solres Plnos pr Bnho e pr Piscin e Reservtórios Térmicos: INMETRO Órgão gerencidor d etiquet de Conservção de Energi Selo de Eficiênci concedido pelo PROCEL Progrm Ncionl de Conservção de Energi Elétric Testes relizdos nos Lbortórios do GREEN SOLAR/PUC-MG (coletor e reservtório) e no IPT-SP (coletor) 78

40 Solr Térmico de Alt Tempertur Gerção de Energi Elétric - Heliotermi Potênci Instld (MW) Concentrdor Prbólico Torre Centrl 468 MW 11 MW Torre Centrl (Fonte: Wikipedi, 2008) Concentrdor prbólico Disco prbólico 79 Heliotérmic CONCENTRADOR - CILINDRO PARABÓLICO Possui um únic linh focl horizontl Rstremento do sol em um eixo Rdição diret norml diári médi mensl (pr mês crítico) Tempertur C 80

41 Heliotérmic CONCENTRADOR - CILINDRO PARABÓLICO Exemplo de Aplicção 9 Plnts n Clifórni (Solr Electric Generting System - SEGS) com potênci instld totl de 354MWe. 81 Solr Térmico Heliotermi Cilindro Prbólico Aplicções Vntgens Desvntgens Plnts conectds à rede, fornecimento de clor plnts industriis. Mior potênci instld e operd tulmente: 80 MW. Existem projetos em desenvolvimento d ordem de centens de MW. Comercilmente disponível experiênci opercionl superior 10 bilhões de kwh; tempertur de operção té 500 oc (comercilmente provd té 400 oc). Modulridde Melhor ftor de utilizção do espço físico (uso do terreno) Possibilidde de rmzenmento térmico Plnts conectds à rede, fornecimento de clor plnts industriis. Mior potênci instld e operd tulmente: 80 MW. Existem projetos em desenvolvimento d ordem de centens de MW. Menor eficiênci solr/elétric teóric em relção às outrs dus tecnologis O emprego d tecnologi com óleo térmico n trnsferênci de clor que é tecnologi tulmente comercil e está limitd à tempertur de operção em 400 ºC. 82

42 Heliotérmic CONCENTRADOR - DISCO PARABÓLICO Rstrei o sol em dois eixos concentrndo energi em receptor no ponto focl do disco Rdição diret norml diári médi mensl (pr mês crítico) Tempertur C Protótipos em operção Alemnh, Espnh, Frnç, Itáli, Índi, EUA. 83 Heliotérmic CONCENTRADOR - DISCO PARABÓLICO Exemplo de Aplicção - Plnt Disco/Stirling n Alemnh 10kWe (SBP) 84

43 Solr Térmico Heliotermi Disco Prbólico Aplicções Aplicções com potêncis tulmente utilizds n fix de dezens de kw. Vntgens Mior eficiênci n conversão solr/elétric Modulridde Operção provd em protótipos Desvntgens Confibilidde precis ser melhord. Os custos projetdos pr produção em lrg escl necessitm de vlidção. 85 Heliotérmic CONCENTRADOR - TORRE CENTRAL Coletores com compnhmento do sol em dois eixos (cmpo de heliosttos) Rdição diret norml diári médi mensl (pr mês crítico) Tempertur C 86

44 Heliotérmic CONCENTRADOR - TORRE CENTRAL Exemplo de Aplicção - Plnt experimentl n Clifórni (Solr One/Two 10MWe) 87 Heliotérmic CONCENTRADOR - TORRE CENTRAL Exemplo de Aplicção Plnts em Sevilh, Espnh: PS10 (em operção comercil desde jun/ MWe) e PS20 (em construção 20MWe) (Fonte: SolrPACES Annul Report 2007) 88

45 Solr Térmico Heliotermi Torre Centrl Aplicções Vntgens Desvntgens Plnts conectds à rede, fornecimento de clor (lt tempertur) plnts industriis. Mior potênci instld e operd tulmente: 10 MW. Existe projeto em desenvolvimento de 20 MW. Bos perspectivs umento d eficiênci n cptção e concentrção d energi solr; tempertur de operção de té 1000 ºC (provd de 565 ºC n plnt de 10 MW). Possibilidde de rmzenmento lt tempertur. Desempenho, custos de investimento e de operção ind precism ser provdos em operção comercil. Exige áre mior do que tecnologi de cilindros prbólicos. 89 Solr Térmico Gerção de Energi Elétric - Heliotermi Sistems Custos (US$/kW) Fotovoltico Cilindro Prbólico Torre Centrl Disco Prbólico Desde que hj um diminuição de custos muito significtiv, gerção heliotérmic poderá ser empregd, em prticulr n Região Nordeste. Inicitiv governmentl de crição de grupos pr estbelecimento de um gend de P&D. 90

46 A Experiênci Brsileir PROJETO PILOTO CEMIG / CEFET-MG Projeto P&D ANEEL Implntção em junho/2008 Plnt com cpcidde de gerção de 10 kw Uso de lumínio de lt refletânci o invés de espelhos Custo totl de implntção de R$500 mil 91 Perspectivs ds Fontes Renováveis no Mundo Biomss Crvão Petróleo e gás Energi Nucler Renováveis 92

47 Perspectivs ds Fontes Renováveis no Brsil Evolução d Mtriz de Gerção de Energi Elétric (PDE ) 93 Obrigd por su tenção ão! Telefone: : (21)

48 Projetos do CEPEL n áre de fontes renováveis de energi 95 Potencil Eólico Atls do Potencil Eólico Brsileiro 96

49 Atls Solrimétrico do Brsil CEPEL - UFPE 97 Telhdo solr fotovoltico Pinel fotovoltico de 16,2kWp em operção desde 2002 Avlição do desempenho de sistems fotovolticos conectdos à rede 98

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