Tecnologias Associadas às Energias Renováveis: Uma História de Sucesso Vinda da Alemanha

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1 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 contínuo dos produtos. Os padrões alemães para a produção e seleção de componentes de sistema apropriados definem padrões internacionais de qualidade. renováveis. Tendo se tornado líder internacional na área, possui o terceiro maior setor de energia eólica do mundo, com mais de MW de capacidade instalada e o maior mercado de energia solar mundial, com mais de MW de capacidade máxima instalada em 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 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. Europeia: atingir 18% de seu consumo bruto total de eletricidade proveniente de fontes renováveis até Legislação adequada à promoção das energias renováveis 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. 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. juwi Wagner & Co, Cölbe Fontes de energia renovável como uma parte do fornecimento de energia na Alemanha [%] , ,2 10,4 10,9 BioConstruct GmbH 8 6 6, ,6 4 4,1 4,2 2,9 2 0 Parte do consumo final total de energia Parte do consumo bruto de electricidade FEC Consumo de energia final PEC Consumo de energia primário, calculado de acordo com o método de conteúdo de energia física Parte do consumo final total de energia para aquecimento 0,6 Parte de consumo de combustível 2001 Parte do consumo de energia primário Fonte: BMU, com base no AGEE-Stat e noutras fontes Bundesverband WindEnergie e.v. A indústria das energias renováveis INTER CONTROL H. Anger s Söhne Bohr- und Brunnenbauges. mbh 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 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 ENERGYSYSTEMS

2 Energias Renováveis Tecnologias Associadas às Energias Renováveis a Energia do Futuro As tecnologias associadas às energias renováveis resultam em pouca ou nenhuma emissão de CO 2 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 S.A.G. Solarstrom AG mais rapidamente em todo mundo Solar Promotion GmbH As tecnologias associadas às Os custos do fornecimento de energia energias renováveis 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. 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 CO derivados do 2 comércio internacional de emissões estabelecido pelo Protocolo de Quioto já influenciam atualmente o fluxo de investimentos relativos à construção de novas centrais elétricas e 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 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. às zonas rurais Aproximadamente dois bilhões de pessoas em todo o mundo não têm acesso à rede elétrica pública. Unidades de energia Quadro Iceberg Custos societários da energia fóssil independentes com base em energias renováveis podem fornecer eletricidade sempre que seja tecnicamente difícil ou economicamente inviável construir uma rede elétrica. Preço cobrado ao consumidor Fornecimento de aquecimento descentralizado A bioenergia, a energia geotérmica e a energia termal solar Custos societários 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 Reservatório natural de energia solar, a biomassa pode ser Poluição do ar Danos ambientais Custos provenientes de conflitos políticos Custos da garantia e segurança Custos de limpeza utilizada como combustível em qualquer tipo de motor, assegurando a mobilidade de uma forma sustentável. ENERGYSYSTEMS

3 Energias Renováveis Tecnologias Associadas às Energias Renováveis 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 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 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. 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 Anomalia na temperatura média global anual (tomando como referência o período ) de 1850 a 2010 Anomalía ( C) respecto del periodo Year Fonte: Met Office Hadley Centre, UK Met Office Hadley Centre and Climatic Research Unit NOAA National Climatic Data Center NASA Goddard Institute for Space Studies 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. O Protocolo de Quioto 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 (o chamado 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 (CO ) na atmosfera. As indústrias agrícola e pecuária também contribuem com a libe- 2 ração de gases como o metano (CH ) e o óxido nitroso (gás 4 hilariante, N O). O dióxido de carbono, o metano e o óxido 2 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 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 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. 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 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. 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 CO do setor elétrico e substituir os combustíveis 2 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 CO (gases de 2 efeito estufa: CO, CH e N O) BSW Solar/Langrock ENERGYSYSTEMS

4 Energias Renováveis Tecnologias Associadas às Energias Renováveis para a garantia energética O desafio: aumento da procura vs. redução dos recursos 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. Dependência crescente das importações 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). 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) 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 Dinamarca - 18,80 Estônia 21,20 Finlândia 54,40 França 51,30 Alemanha 61,60 Malta 100,00 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 > 1 10 Gt > 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. 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. juwi juwi FLABEG Holding GmbH EnviTec Biogas AG ENERGYSYSTEMS

5 Wind Energia Power eólica A Energia Eólica Ganha Força A energia eólica no caminho do desenvolvimento Vestas Central Europe 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), MW de capacidade eólica já haviam sido instalados em todo o mundo em 2012, dos quais MW naquele mesmo ano. Isto corresponde a um crescimento anual de 19%. 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 As vantagens da utilização da energia eólica: A energia eólica oferece eletricidade limpa e ambientalmente 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 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. outras fontes de energias renováveis, seja na rede de distribuição pública ou em uma rede destinada a uma pequena comunidade. Desempenho de uma turbina eólica Energia eólica instalada na Alemanha no fim de 2012 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 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 Mercado Europeu da Energia Eólica em 2012 (em MW) 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. Fonte: EWEA, relatório anual de 2012 Desenvolvimento da tecnologia Energia eólica produzida na Alemanha de turbinas eólicas desde 1985 A capacidade eólica total instalada na União Europeia (em seus 27 países) em 2012 chegou a MW, enquanto apenas na Alemanha foram adicionados MW de capacidade eólica. Os 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 Diâmetro do rotor aplicações e soluções que já demonstraram sua qualidade em todo o mundo. Altura do cubo 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, Potência nominal (kw) Diâmetro do rotor (m) Altura do cubo (m) Geração de energia anual (kwh) app Fonte: Associação da Energia Eólica Alemã (BWE)

6 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 Vestas Central Europe juwi juwi juwi

7 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 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 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. Vestas Central Europe BARD-Gruppe REpower Systems AG / Jan Oelker Stiftung Offshore Windenergie/DOTI,

8 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 MW de capacidade em painéis solares foram instalados em 2012, aumentando assim a potência instalada total para 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 SMA Solar Technology AG

9 Energia FotovoltaicA 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. Bosch Solar Energy AG 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 Solon AG, W. Murr Cobertura de painéis fotovoltaicos

10 Photovoltaics Energia FotovoltaicA Tendências futuras Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Bosch Solar Energy AG Outras tecnologias 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 telhados das casas ou aplicados nos tetos de veículos ou barcos. 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 Ademais, estão sendo pesquisadas aplicações mais abrangentes, tais como a integração de painéis solares em roupas ou toldos. outras vantagens operacionais, à matéria-prima mais barata, 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. 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 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. Painel solar orgânico Módulo de painel solar orgânico Produção de painéis solares Processo de reciclagem fotovoltaica Fraunhofer ISE Fraunhofer ISE Sunicon AG SolarWorld AG Wagner & Co Solartechnik GmbH COLEXON Energy AG Sunicon AG SMA Technologie AG SolarWorld AG Bosch Solar Energy AG Inversor com funções integradas para gestão da rede Resíduos de silicone ENERGYSYSTEMS

11 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 KBB Kollektorbau GmbH 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 % Característica do absorvedor 60 Característica do coletor de placa lisa 40 Característica do tubo de vazão Aquecimento de piscinas 60 Aquecimento de água 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 80

12 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 Bosch Thermotechnik GmbH

13 Solar Energia thermal 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. to direto com a atmosfera. Segundo o método desidratante, 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. Fonte: DLR Rotor de desumidificação Rotor de troca Wagner & Co, Cölbe 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 conta- Schüco

14 Solar Energia thermal 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 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 Tubo do absorvedor Refletor Luz Coletor Fresnel Refletor ligeiramente curvado Tubo do absorvedo Refletor Luz 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 central com centenas de refletores automaticamente posicionados. As temperaturas mais elevadas, que podem atingir C, possibilitam maior eficiência, especialmente quando se utilizam turbinas alimentadas a gás, reduzindo assim os custos da eletricidade. Central solar de torre Receptor central Helióstatos Receptor/Motor Refletor Luz 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). Encanamento do parque solar 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 CO ). 2 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. INTER CONTROL Novatec Solar GmbH Flabeg Holding GmbH

15 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. CO % CO % Decomposição Combustão Wagner & Co, Cölbe O ciclo de CO 2 das plantas 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. Líquido Óleo vegetal; Biodiesel; Bioetanol; Biocombustíveis sintéticos. Geração de calor A utilização da biomassa ajuda a atenuar os problemas de 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. 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 CO é indiferente se a madeira se 2 mantém na floresta ou se é recolhida para produzir energia! Visão geral do mercado Maravalha Madeira maciça 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 Schmack Biogas AG A bioenergia pode ser armazenada e oferece várias possibilidades. 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 bio- etanol.

16 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. partir da fermentação de açúcares com a utilização de leveduras, 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. 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 pro- 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 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. duzir eletricidade e calor. Dependendo das características do material de combustão e da capacidade do sistema, podem ser selecionados gaseificadores com leito fixo, leito fluidifica- Matéria-prima Quilómetros por hectare Percentagem da necessidade da proteína de vaca por ano do ou fluxo arrastado. O gás da madeira resultante é depois queimado em sistemas de motor de combustão ou turbinas a Trigo km + 36 % 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 Açúcar de beterraba km + 74 % do gás da madeira, e é uma técnica alternativa que está sendo testada em centrais-piloto na Alemanha. Cana de açúcar km + 0 % 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 principal- mente 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 CO 2 quando queimados, daí não terem qualquer impacto adicional na atmosfera. Bioetanol Tal como o álcool convencional, o bioetanol é produzido a 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.

17 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 Vista interna do fermentador

18 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 Voith Siemens Hydro Power Generation

19 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. 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 ANDRITZ HYDRO ANDRITZ HYDRO caudais baixos. Turbinas de Parafuso de Arquimedes podem também ser utilizadas para baixas pressões e pequenas capacidades. Na Alemanha, novas usinas hidroelétricas de pequena dimensão com uma capacidade de 100 a 1000 kw custam entre e EUR por kw. Com cargas de funcionamento típicas de a horas de plena carga Turbina Pelton OSSBERGER GmbH + Co Turbina de fluxo direto 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 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. hidroelétricas está basicamente ligado à capacidade instalada, dependendo também da altura da queda, de outras condições de localização e especialmente de fatores ambientais. Perspectivas A otimização e a modernização das usinas hidroelétricas Usina de fio d água 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 Voith Siemens Hydro Power Generation OSSBERGER GmbH + Co Passagem para peixes OSSBERGER GmbH + Co Usina de fio d água de pequeno porte Usina de fio d água

20 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 C e 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) Manto > C ~ 3 C/100 m Núcleo ~ 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. 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) m Fonte: GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum ~ Gerador M Turbina Evaporador Condensador ca km Poço de Produção Poço de Injecção Estimulación hidráulica 3 5 km International Geothermal Association H. Anger s Söhne Bohr- und Brunnenbaugesellschaft mbh GFZ Potsdam GFZ Potsdam Stadtwerke Bad Urach/H. Tenzer