I Curso de Especialização em Energias Renováveis
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- Aparecida Teixeira Bardini
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1 I Curso de Especialização em Energias Renováveis Disciplina 7: Fontes de Energia Alternativas PARTE 1 Prof. Dr. Hugo Valadares Siqueira
2 Energia Renovável Energia renovável é aquela originária de fontes naturais que possuem a capacidade de regeneração (renovação), ou seja, não se esgotam. Energia renovável é aquela que vem de recursos naturais que são naturalmente reabastecidos - Ex: sol, vento, chuva, marés e energia geotérmica. É importante notar que nem todo recurso natural é renovável, por exemplo, o urânio, carvão e petróleo são retirados da natureza, porém existem em quantidade limitada.
3 Por que energia renovável / alternativa? 1- Nenhum país se desenvolve sem aumento de consumo de energia; 2- Percepção que os estoques mundial de petróleo e fontes fósseis são finitos; 3- Maior independência e soberania nacionais; 4- Redução da poluição e aquecimento global; 5- Desenvolvimento sustentável.
4 Principais dificuldades 1- Custo elevado; 2- Baixo rendimento com fontes não estáveis; 3- Necessidade de grandes investimentos em P&D; 4- A substituição dos combustíveis fósseis envolve questões econômicas e geopolíticas.
5 Fontes Energéticas
6 Matriz Energética Brasileira
7 Balanço Energético Nacional Disponibilizado pela Empresa de Pesquisa Energética e Ministério de Minas e Energia anualmente; Apresenta toda geração de energia nas suas diversas formas (não apenas energia elétrica).
8 Participação de energia renovável Elevada no Brasil devido as usinas hidrelétricas; Queda em 2014 devido a baixa vazão nos rios. Fonte: EPE 2015
9 Oferta interna de energia Fonte: EPE 2015
10 Consumo final de energia por fonte Fonte: EPE 2015
11 Quem usa energia no Brasil? tep (toe) tonelada equivalente de petróleo Fonte: EPE 2015
12 Consumo de energia na indústria Fonte: EPE 2015
13 Consumo de energia residencial GLP gás liquefeito de petróleo (gás de cozinha) Fonte: EPE 2015
14 Matriz Elétrica Brasileira Fonte: EPE 2015
15 Participação de energia renovável Fonte: EPE 2015
16 Capacidade Instalada Fonte: EPE 2015
17 Evolução da Geração Eólica Fonte: EPE 2015
18 Geração Termelétrica Participação na matriz elétrica: 34,7% (2014) ante 30,4% (2013); Participação de cada fonte termelétrica:
19 Geração de energia no Brasil
20 Fontes Geradoras de Energia no Mundo
21 Matriz Energética Mundial Fonte: web.ing.puc.cl/power/alumno11/co2future/comparacion.html
22 Geração de energia elétrica no mundo 2013 Fonte: Key Wordl Energy Statistics 2015 International Energy Agency
23 Consumo de energia no mundo 2013 Fonte: Key World Energy Statistics 2015 International Energy Agency
24 Porcentagem de Geração de Eletricidade Por Fontes Renováveis
25 Consumo de Energia EUA 2014
26 Geração de energia elétrica por fonte - EUA
27 Matriz elétrica Alemanha 2014 Fonte:
28 Fontes de energia consumias: China Desde 2011, a China é o maior consumidor mundial de energia Fonte: US Energy Information Administration
29 China produção de energia elétrica
30 Geração de energia na França em 2013 Fonte: rapport-dd-2013.edf.com/en/the-edf-group-energy-mix
31 Geração de energia elétrica
32 Princípios Físicos Lei de Faraday ou lei da indução magnética: A variação de um campo magnético em uma espira induz uma corrente elétrica.
33 Princípios Físicos Este princípio está relacionado à forma de geração de energia mais usual; Base: transformar energia mecânica em energia elétrica por meio da movimentação de imãs.
34 Fontes de Energia Elétrica Tradicionais
35 Geração Hidrelétrica Princípio: conversão de energia potencial da água em elétrica; Conversores: turbinas hidráulicas; Certa quantidade de água armazenada em um nível mais elevado é canalizada para um nível mais baixo, fazendo rodar as pás de uma turbina; Para geração de elevadas quantidades de energia constroem-se usinas de grande porte; Principal fonte geradora de energia no Brasil.
36 Usinas Hidrelétricas A geração não gera poluentes; Não há custo para compra do insumo; A criação de lagos pode causar grande impacto ambiental, no caso de usinas com reservatório; Entretanto, a existência do reservatório ajuda a regular o sistema em períodos sazonais de seca; A construção de uma usina requer grandes investimentos e é demorada.
37 Reservatório x Fio D água Pelo maior rigor os órgãos ambientais, as hidrelétricas passaram a ser construídas sem grandes reservatórios; No Brasil a maior parte das novas usinas está sendo construída na região norte, no meio da Amazônia; Isto tem levado à construção de usinas a fio d água.
38 Usina a fio d água
39 Usina com reservatório
40 Tucuruí / Itaipu / Três Marias
41 Fonte: fernandonogueiracosta.wordpress.com UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Início da construção
42 Tucuruí
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44 Por dentro de uma UHE Fonte INEPAR
45
46 Turbina Francis Fontes:
47 Fonte: es.slideshare.net
48 Turbina Francis Fonte:
49 Turbina Pelton Fonte: weltce.com.br
50 Turbina Kaplan Fonte:
51 Rotor e Estator - Rotor Elemento móvel da turbina envolvido pelo estator transforma energia cinética através de receptores - Estator Elemento fixo da turbina envolve o estator Energia mecânica fornecida ao rotor é transferida ao estator onde é gerada a corrente elétrica. - Itaipu: Velocidade de rotação da turbina: 90 rotações/minutos (1,5 Hz) Frequência da corrente elétrica gerada: 60 Hz
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54 Rendimento comparado
55 Campo de Utilização Fonte:
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58 Pequena Central Hidrelétrica (PCH) - Usina de pequeno porte com capacidade instalada entre 1 MW e 30 MW; - Possui reservatório com tamanho inferior a 3 km²; - Logo, são geralmente usinas a fio d água; - Consequentemente, podem passar por períodos de inatividade devido à baixas vazões; - Ou precisem verter água em épocas de cheias; - Utilizada principalmente em rios de pequeno e médio portes que possuam desníveis significativos durante seu percurso.
59 PCH São mais baratas de se construir; Causam menor impacto ambiental; Podem ser construídas em rios com menor vazão; Contribuem para a descentralização da geração de eletricidade; Geram uma energia mais cara por não possuir reservatório: este pode ser operado de forma a diminuir a ociosidade ou os desperdícios de água.
60 Legislação favorável; PCH Implementadas por pequenos e médios empreendedores; Energia gerada entra no sistema de eletrificação, sem que o empreendedor pague as taxas pelo uso da rede de transmissão e distribuição (para quem entrou em operação até 2003); Dispensadas ainda de remunerar municípios e Estados pelo uso dos recursos hídricos. Caso sejam implantados no sistema isolado da Região Norte, podem também receber incentivo do Fundo formado com recursos da Conta Consumo de Combustíveis Fósseis (CCC), para financiar os empreendimentos, caso substituam as geradoras térmicas a óleo diesel nos sistemas isolados da Região Norte.
61 PCH PCH Cristina
62 Usinas Termelétricas
63 Usina Termelétrica Geração em um processo que consiste em três etapas: 1- Queima de um combustível fóssil, como carvão, óleo ou gás, transformando a água em vapor com o calor gerado na caldeira; 2- utilização deste vapor, em alta pressão, para girar a turbina que por sua vez aciona o gerador elétrico; 3- o vapor é condensado, transferindo o resíduo de sua energia térmica para um circuito independente de refrigeração, retornando a água à caldeira e completando o ciclo. Como Funciona A potência mecânica obtida pela passagem do vapor através da turbina - fazendo com que esta gire - e no gerador - que também gira acoplado mecanicamente à turbina - é que transforma a potência mecânica em potência elétrica.
64 Usina movida a queima de combustível Fonte: cognitionmore.com/tag/termoeletrica/
65 Combustíveis bagaço de diversos tipos de plantas; restos de madeira; óleo combustível; óleo diesel; carvão natural; gás natural; urânio enriquecido (usinas nucleares).
66 Usinas termelétricas: Considerações Não dependem de sazonalidade de insumos para funcionar, como hidráulica, eólica e solar; Rápida construção; Pode ser construída perto dos centros consumidores, evitando perdas na transmissão; A compra do combustível deixa o processo dispendioso; Elevado custo de geração pode encarecer a tarifa; A queima de combustíveis é muito poluente; Alto consumo de água; O Brasil elevou a quantidade de termelétricas nos últimos anos, que são despachadas em caso de baixa vazão para geração hidrelétrica; Europa: muita oferta de carvão mineral: essencial na Revolução Industrial.
67 Bandeiras tarifárias
68 Geração termelétrica - Brasil Geração de energia elétrica via usinas termelétricas baseadas em queima de combustível Fonte: EPE
69 Usina a carvão Fonte: ANEEL
70 Usina Termelétrica a carvão na Alemanha
71 Usina a Gás Natural Fonte: ANEEL
72 Gasoduto Brasil-Bolívia Transporte de gás natural da Bolívia ao Brasil; 3150 km de extensão; Plenamente operativo a partir de 2010;
73 Gasoduto Brasil-Bolívia
74 Conflito Rússia - Ucrânia Ucrânia teve o presidente deposto; Rússia invade a Criméia; Conflito de proporções grandes para a Europa; Rússia é grande exportador de gás; Uma das principais fontes de energia no continente europeu.
75 Turbina de usina a gás
76 Usinas nucleares Vaporização da água por meio da liberação de energia em um processo de fissão nuclear; Muito comum em países desenvolvidos; Problema: risco de acidentes com alto grau de contaminação; Difícil descarte do lixo resultante.
77 Usinas termelétricas Fonte:
78 O combustível Grânulos de Urânio 235; Formato cilíndrico e não tem mais de 3 centímetros de comprimento; Eficiência maior do que uma tonelada de carvão mineral; São colocados em varas com aproximadamente 360 centímetros de comprimento, contendo mais de 200 deles;
79 Enriquecimento do urânio Na natureza encontra-se o material na forma de dióxido (UO2); O dióxido é pobre em urânio 235 (0,7%), o material físsil e rico em U238; O enriquecimento é o processo de elevar o teor de U235; Em geral, para uso civil e de geração de energia, enriquece-se até 3 a 5% do material com U235.
80 Fissão nuclear Nêutrons são dirigidos aos átomos de urânio; O material se divide em 2 outros elementos bário e criptônio; Na divisão é liberada grande quantidade de energia Da fissão surgem mais 3 nêutrons que irão colidir com outros 3 átomos de urânio; Essa reação em cadeia se repete; A energia liberada é usada para aquecer a água que irá girar a turbina.
81 O reator O processo de geração de energia tem início quando os átomos de uranio são partidos pelo processo de fissão; Quando o átomo de U235 é atingido por um nêutron, ele se torna U236 que quando é fissurado, ele se divide em bário e criptônio, e libera 3 nêutrons; Esses 3 nêutrons por sua vez atingem outros átomos de U235, repetindo o ciclo em quanto houver material fissurável no reator; A reação pode ser controlada de diversas formas, por exemplo varas de controle; Estas são feitas para absorverem os nêutros, e diminuir a velocidade, ou até parar totalmente, a fissão dos átomos de U235.
82 Vaso de pressão do reator
83 O pressurizador O calor produzido no reator é transferido para o primeiro sistema de resfriamento; A água nesse sistema é aquecida até 320º Celsius mas não evapora pois está sobre pressão.
84 O gerador - usinas PWR A água quente vinda do reator passa por muitos canos para aquecer a agua de um segundo tanque; A água desse tanque não está sobre tanta pressão e evapora, passando por turbinas que ao serem giradas produzem grandes quantidades de eletricidade; O vapor de água do segundo tanque então passa por uma série de tubulações até ser resfriada pela água proveniente de fora do sistema, seja ela de rios, mares ou lagos; Não há contaminação da água vinda do ambiente pois essa não entra em contato com o reator; Esta volta para o ambiente logo após ser usada para resfriar o vapor das turbinas.
85 Usina PWR
86 usina BWR O gerador O segundo tanque não existe; A água do reator é a mesma que passa pelas turbinas e a mesma que é resfriada pala agua do sistema externo; O risco de contaminação nesse reator é maior do que em reatores PWR; Porém isso não é significativo suficiente para que eles sejam considerados inseguros.
87 Usina BWR
88 Usinas Nucleares
89
90 Fonte: Revista Exame UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Reator Nuclear Objeto responsável por vaporizar a água que vai mover as turbinas geradoras; Local onde ocorrem as reações de fissura do urânio.
91 Elemento Combustível É onde a reação nuclear efetivamente ocorre Fontes: CNEN vivacity.com.br
92 Fabricação do Elemento Combustível
93 Elemento Combustível
94 Varetas de controle Fonte: ebah-web us-east-1.elb.amazonaws.com/content/abaaaapioaf/energia-nuclear-uranio
95 Por dentro do reator
96
97 Fonte: Industrias Nucleares do Brasil
98
99 Reatores nucleares no mundo
100 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Maiores produtores mundiais de Urânio
101 Reservas mundiais de Urânio
102
103 Energia nuclear no Brasil Angra 1 e 2 em operação e 3 em fase de construção
104 Energia nuclear no Brasil
105 Resumindo
106 Comparativo FONTE: Rosa, L. P., 2007
107 Referências ROSA, Luiz Pinguelli. Geração hidrelétrica, termelétrica e nuclear. Estud. av. [online]. 2007, vol.21, n.59 [cited ], pp Available from: < ISSN "History of Nuclear Energy". World Nuclear Association. Empresa de Pesquisas Energéticas Agência Nacional de Energia Elétrica Operador Nacional do Sistema Elétrico
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