ENERGIA RENOVÁVEIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

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1 ENERGIA RENOVÁVEIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Novas tendências na produção de energia a partir de fontes renováveis Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de 2009

2 ENERGIA RENOVÁVEIS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Novas tendências na produção de energia a partir de fontes renováveis Alfredo Frias Rodrigues Riobom Queirós Eduardo Filipe Machado Jesus Francisco de Borja Serafim Pinto Rua João Daniel Amaral Martins Susana Pereira Lemos Costa Tomás Maria Jacques Álvares Ribeiro Relatório de Projecto FEUP Supervisor: António Monteiro Batista; Monitor: José Adriano Ferreira Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

3 Resumo Este relatório contem uma visão generalizada do que são as energias renováveis já utilizadas e as novas tendências na produção dessas energias a partir de fontes renováveis. Inicialmente irá ser abordada a situação de Portugal em relação à dependência energética de países terceiros. De seguida serão apresentados as novas maneiras de aproveitar as fontes renováveis de forma a obter energia. Por ultimo será exposto o que realmente e feito em Portugal a nível deste tema. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

4 Palavras-chave Energias renováveis em Portugal Energia eólica Energia solar Energia das ondas Energia das marés Novas tendências produção energia Tellhas de Vidro Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

5 Agradecimentos Professor Manuel Firmino da Silva Torres Professor Carlos Cardoso Oliveira Professora Ana Maria Gonçalves Azevedo Professor António Monteiro Batista José Adriano Ferreira Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

6 Índice Resumo 2 Palavras-chave 3 Agradecimentos 4 Índice 5 Introdução 6 1. Energias Renováveis em Portugal 8 2.Novas tendências nas energias renováveis Energia Eólica Energia Solar Energia das Marés Energia das Ondas O plano de Portugal Energia das Marés em Portugal Energia das Ondas em Portugal 19 Opinião 21 Conclusão 22 Referencias Bibliográficas 23 Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

7 Introdução Um dos temas mais discutidos na actualidade é sem duvida o das energias renováveis. Numa altura em que os combustíveis fósseis são cada vez mais escassos, existe uma necessidade de recorrer a energias que se possam renovar, isto é, que são inesgotáveis. No caso de Portugal, que sempre dependeu muito de países terceiros no que toca a produção de energia, nos últimos anos tem vindo a evoluir no campo da produção destas novas energias, mais propriamente as energias solar e hídrica e eólica. Porém, com o constante avanço da tecnologia, existem inúmeras maneiras novas de produzir energia desta maneira limpa e renovável. Algumas destas novas maneiras já é utilizada em Portugal (Açores). Porem com as condições naturais presentes no nosso pais será que se deveria apostar mais no desenvolvimento destas tecnologias? Podemos começar por dar uma pequena definição de cada tipo de energia renovável. Energia Eólica: É a transformação de energia cinética dos ventos em energia eléctrica. O Vento é uma fonte inesgotável que é usada desde sempre. A electricidade é obtida quando o vento gira as lâminas de um Aerogerador. Energia das Marés: A superfície do oceano oscila entre pontos altos e baixos, chamados marés. A energia maremotriz é o aproveitamento dos desníveis que resultam das subidas e descidas da água. Energia Hídrica: Obtida a partir de energia potencial de uma massa de água. Pode ser convertida em electricidade através de turbinas hidráulicas. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

8 Biomassa: Gerada a partir de material vegetal, pode ser transformada em energia através de combustão, gaseificação, fermentação ou produção de substâncias liquidas. É uma energia biológica em que o conjunto de organismos podem ser aproveitados e obtidos a baixo custo. Solar: Garantida nos próximos milhões de anos. É Obtida através da captação das radiação electromagnética proveniente do sol, quer para a produção de energia eléctrica (painéis solar) quer como fonte de calor para sistemas de aquecimento (colectores solares). Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

9 1. Energias Renováveis em Portugal Em Portugal cada vez são mais utilizadas as fontes naturais para produção de energia. As fontes mais utilizadas são o vento, energia eólica, o sol, energia solar e as marés, energia das marés. Actualmente, em Portugal cerca de 30% da electricidade consumida no País tem origem hídrica, sendo que o potencial de aproveitamento de energia hídrica está distribuído por todo o território nacional, com maior concentração no Norte e Centro do país. No entanto, é preciso não esquecer que a produção deste tipo de energia está directamente dependente da chuva. Quando a precipitação é mais abundante, a contribuição destas centrais atinge os 40%. Pelo contrário, nos anos mais secos, apenas 20% da energia total consumida provém dos recursos hídricos. A energia eólica começou a ser usada para produção de energia em 1986 na Ilha de Porto Santo, na Madeira e dez anos mais tarde no continente português. Segundo o relatório de 2007 do Global Wind Energy Council (GWEC), Portugal tinha uma capacidade instalada de MW, o que representa 2,3% do mercado mundial. No final de Agosto de 2008 o continente português possuía 1427 aerogeradores, distribuídos por 164 parques eólicos, que representa uma de potencia eólica de 2673 MW. Neste momento Portugal tem o maior parque eólico da Europa, o Parque Eólico do Alto Minho I localizado no norte do país e tem o objectivo final de atingir uma produção de 600GWh/ano. Uma vez que Portugal é um pais com bastante sol, a energia solar é uma das fontes também muito utilizadas para produção de energia. Existem vários parques fotovoltaicos em Portugal, entre os quais se destacam: Central Fotovoltaica Hércules, situada no concelho de Serpa, com uma área de 64 hectares constituída por 52 mil painéis fotovoltaicos de alto rendimento com a potencia total de pico de 11MW. Esta central tem a capacidade para fornecer energia eléctrica a 8000 residências (21 GWh) e evitará a emissão de cerca de 19 mil toneladas de dióxido de carbono por ano Central Solar Fotovoltaica de Amareleja, situada no concelho de Moura, tem uma capacidade de potencia total de pico de 46,41MW, capaz de fornecer energia a 30 mil residências (93GWh/ano) e pode evitar a emissão de 86 mil toneladas de dióxido de carbono. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

10 Outra grande utilização da energia solar é feita por pessoas individuais ao instalar painéis em casa. Muitas das vezes, a energia proveniente dos painéis serve apenas para aquecimento da casa e não para abastecer toda a casa. A União Europeia lançou a iniciativa , que consiste em reduzir as emissões de dióxido de carbono, aumentar o peso das energias renováveis e melhorar a eficiência energética em 20%, até Com isto, Portugal terá de aumentar a produção de electricidade a partir de fontes renováveis dos 43% em 2008 para 45% em 2010, e 59% em Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

11 2.Novas tendências nas energias renováveis 2.1 Energia Eólica Durante anos, a imagem pública dos aerogeradores eólicos foi associada a gigantescos moinhos de vento brancos plantados nas paisagens rurais, sobretudo no topo dos montes, para gerar energia. Mas isso está já a mudar. Uma empresa britânica está já a instalar em algumas cidades do país uma nova geração de turbinas capazes de produzir energia eólica em ambiente urbano. Baptizadas de Quiet Revolution (figuras 1 e 2), as revolucionárias turbinas têm cerca de cinco metros de comprimento e três de diâmetro, possuem três hélices verticais em forma de «S», adaptando-se melhor ao ambiente urbano e prometem ser mais silenciosas e livres de vibrações. Verdadeiramente inovador é o facto de existir uma versão da turbina cuja função não se limita à produção de energia, sendo também um meio de comunicação. A proeza é possível graças a LEDs embutidos no interior de cada uma das 3 hélices, que se acendem em sequência quando estas giram, pintando no ar uma espécie de ecrã animado. Este efeito visual é perceptível como elemento puramente decorativo ou mesmo para transmitir imagens comercias, tanto de noite como de dia. Figuras 1 e 2 Imagens das turbinas Quiet Revolution Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

12 2.2 Energia Solar O conceito de "caldeira de vidro" foi lançado pelos criadores Arne Moberg e Peter Kjaersboe, doutorados pela Escola Real Politécnica (Suécia), que desejavam utilizar a energia solar de modo elegante. O desenvolvimento ficou a cargo da empresa Soltech Energy. Com a ajuda de simples telhas de vidro (figura 3), o telhado de uma casa pode se transformar num imenso captador solar, com peso semelhante ao de um telhado normal. Sob as telhas, nem tubulação, nem água, somente um captador solar negro, feito de um material sólido e, praticamente quase impossível de se estragar, que serve para absorver a energia solar, a fim de reaquecer o ar do canal situado entre as telhas e o absorvedor. Figura 3 Telhas de vidro para captação de energia solar. O ar quente sobe e é dirige-se para o tecto, mantendo assim uma convecção natural. O ar pode, a seguir, ser utilizado seja directamente para o aquecimento da casa, seja para aquecer um fluido, útil para o funcionamento de um aquecedor de água solar, ligado ao sistema de aquecimento da habitação. O sistema prevê gerar entre 300 e 500 kwh por metro quadrado, por Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

13 ano. O preço do metro quadrado está por volta de 200 euros, aos quais deve ser acrescentado o preço de instalação. Até o presente, apenas uma dezena de casas experimentou este tecto de vidro. Não obstante, a Soltech Energy está a criar raizes em Espanha, um verdadeiro paraiso para o mercado da energia solar. Figura 4 Conjunto de painéis solares. Foi inaugurado em 2007, em Portugal (Serpa), o maior parque solar do mundo. São mais de 52 mil paineis fotovoltáicos (figura 4) com uma potência total de 11 megawatts, que poderão transformar energia solar em energia eléctrica capaz de abastecer mais de 8 mil pessoas. Portugal é um país com enorme potencial na produção de energias limpas. Temos vento, ondas e muita radiação solar, para além dos rios. Numa situação como a actual, em que ninguém sabe muito bem como será o clima daqui a 50 anos, a construção deste parque solar é muitp importante. Espera-se que Portugal se mantenha na vanguarda da inovação e utilização de energias renováveis. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

14 2.3 Energia das Marés Estão a ser construídas novas Barragens (figura 5) para se aproveitar o indominável poder das marés a maior destas barragens encontra-se no norte de França (Bretanha), e produz cerca de 240 mega watt. Figura 5 imagem de uma barragem Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

15 2.4 Energia das Ondas Figura 6 ilustração de um conjunto de Oyster. A Aquamarine Power, Uma empresa multi-tecnologia, especializada em conversão de energia marinha, surgiu com uma nova tecnologia para produzir electricidade a partir de ondas do oceano profundo. Aquamarine Power confirmou recentemente que testou com sucesso o Oyster (figuras 6e 7), conversor de energia das ondas a bomba e exportação de electricidade para a rede e no Novo Centro de Energias Renováveis (NaREC), Perto de Newcastle. Ediburgh baseado poder Aquamarine (metade do qual é detida pela Scottish & Southern Energy) está confiante de que a ostra pode fornecer eletricidade em escala comercial. Espera-se que até ao Verão a máquina em grande escala será instalada no Centro Europeu de marinha em Orkney. Uma unica Ostra pode fornecer até metade de um megawatt de energia. No entanto, uma fazenda de ostras é capaz de centenas de megawatts de saída. O conversor de ondas é colocado no mar a uma profundidade de cerca de metros. Quando há movimento das ondas, estas originam o movimento do oscilador que se encontra na vertical. Este por sua vez esta equipado com uma serie de pistões na parte inferior. Esses pistões comprimem a água em seu interior que, sob pressão, passam por dutos subterrâneos, chegando até a usina em terra. Na usina, a água sob pressão é utilizada para Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

16 movimentar os geradores hidroelétricos.. Devido à sua localização, é facilmente acessível para manutenção. A costa de Orkney terá o primeiro protótipo implantado este Verão e que irá confirmar se as marés-altas e os padrões climáticos anormais podem ser transformadas em energia. Figura 7 imagem de uma ostra Oyster. A ostra é ecologica Oyster pode fornecer mais de 170 quilowatts de electricidade a partir de um único cilindro de bombeamento, provando que um dispositivo em larga escala pode produzir mais de 350 kw de energia eléctrica com dois cilindros de bombeamento. A singularidade deste dispositivo reside no facto de que pode gerar electricidade em condições de mar calmo, sem ondas no oceano, como tal, e ainda continua a gerar eletricidade em piores condições de mar. Segundo a empresa, o ponto mais alto para bater o poder deve ser em torno de kw, dependendo da configuração da unidade e localização. Benefícios A Aquamarine está a desenvolver uma tecnologia que é eco-amigável em termos de design de, manutenção e operação. Além disso, é silencioso, não contém substâncias tóxicas e não necessita de qualquer outra substância para além do mar ao redor dele. A Aquamarine, juntamente com Airtricity, a divisão de renováveis da Scottish and Southern Energy, está ansioso para implantar a ostra ou Oyster em locais que podem receber megawatts de energia marinha em Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

17 3. O plano de Portugal Portugal tem uma grande dependência externa para a produção de energia, pois necessita de importar as fontes que mais são utilizadas na produção de energia, nomeadamente o petróleo e o carvão (87,2% da energia produzida em 2005 tem como matéria prima produtos importados, segundo o Ministério da Economia). Tal facto tem levado a uma inovação na medida em que se estão a diversificar as fontes de energia, para assim diminuir a dependência externa e as emissões de CO2 para a atmosfera entre outros. Esta Estratégia tem em vista a reestruturação do sector energético, promovendo a criação de mais operadores no sector energético (tanto na electricidade como no gás natural) criando assim concorrência. Segundo o Ministério da Economia e Inovação: "Em termos de acção, elege primordialmente cinco eixos de actuação, nomeadamente: - A liberalização do mercado de gás e electricidade; - A criação de dois grandes operadores concorrentes no sector do gás e electricidade; - O desenvolvimento de um operador para o transporte do gás e electricidade; - Uma forte promoção do desenvolvimento das energias renováveis; - A implementação de um plano para o aumento da eficiência energética." Destas mudanças a nível económico e tecnológico, destaca-se a forte promoção que é feita no sector das energias renováveis em que, mesmo tendo definido metas em 2003, o governo decidiu aumetar as mesmas. Começando pela produção total de energia electrica através de fontes ronováveis: o objectivo inicial era 39% e a nova meta é 45%. Mesmo cada uma das principais formas renováveis de obtenção de energia tem a sua meta, e citando de novo o Ministério da Economia e Inovação: "Neste âmbito releva-se em especial a contribuição da energia eólica em que o objectivo passou de 3750 MW para 5300MW, obrigando-se os vencedores dos concursos a criar industrias que criarão 2000 empregos directos e cerca de indirectos, incrementando-se a produção nacional de 15% para 80%. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

18 Os biocombustíveis utilizados nos transportes aumentam de 5,75% dos combustíveis rodoviários para 10% em Na energia hídrica, o objectivo é apostar, no curto prazo, na antecipação dos investimentos de reforço de potência em infra-estruturas hidroeléctricas existentes, de forma a atingir a meta dos MW de capacidade instalada hídrica em 2010 (mais 575 MW que previsto pelas políticas energéticas anteriores); Na biomassa, a meta é ampliar em 100 MW o objectivo de capacidade instalada em 2010 (aumento de 67%), promovendo uma articulação estreita com os recursos e potencial florestal regional e políticas de combate ao risco de incêndios. Na energia solar, o objectivo é garantir o cumprimento efectivo das metas estabelecidas (ex. construção da maior central fotovoltaica do mundo central de Moura) e assegurar uma ligação com as políticas e metas de microgeração. Nas ondas a meta é aumentar a capacidade instalada em 200 MW, através da criação de uma Zona Piloto com potencial de exploração total até 250 MW de novos protótipos de desenvolvimento tecnológico industrial e précomercial emergentes. Nos biocombustíveis foi definida uma meta de 10% dos combustíveis rodoviários a partir de biocombustíveis (antecipando em 10 anos o objectivo da União Europeia), e promover fileiras agrícolas nacionais de suporte através da isenção de ISP para combustíveis rodoviários que assegurem a sua incorporação. No biogás foram definidos objectivos e um plano de acção numa vertente não contemplada anteriormente, estando estabelecida uma meta de 100 MW de potência instalada em unidades de tratamento anaeróbico de resíduos. Na micro-geração, o objectivo é Introduzir nova vertente de renováveis, promovendo um programa para instalação de sistemas até 2010, com incentivo à instalação de Água Quente Solar em casas existentes." Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

19 3.1 Energia das Marés em Portugal Uma equipa de investigadores e alunos do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro avaliou o potencial da Barra do Porto para converter a energia das correntes e marés e conseguiu identificar os locais mais adequados para as turbinas. O estudo possibilitou uma simulação que pode agora ser aproveitada para produzir energia renovável na região. «A nossa investigação permitiu-nos avaliar tecnicamente a possibilidade de produzir electricidade usando como fonte de energia primária as correntes de maré na zona da Barra do Porto de Aveiro. O estudo consistiu em simular com o computador o que acontece no escoamento de um fluído, neste caso, no escoamento das marés da Barra», explicou o professor Nelson Martins, coordenador do projecto, ao PortugalDiário. A partir de um estudo hidrodinâmico e com a colaboração da administração do Porto de Aveiro, os investigadores e alunos da universidade recorreram a um modelo computacional de mecânica dos fluidos. «Avaliámos o potencial energético das correntes da zona de forma ao processo não interferir com as funções do Porto de Aveiro e identificámos os melhores locais para colocar as turbinas»», continuou. A investigação levada a cabo pela Universidade de Aveiro ainda não passou do papel, porque faltam eventuais interessados e investidores: «Para já, ainda não sabemos se passará para a prática. Pelo que sei, as turbinas que utilizámos na simulação ainda nem são exploradas comercialmente». A energia das correntes e das marés já é aproveitada em vários pontos do país. «Há diversos projectos chamados clássicos, como os moinhos de maré no Barreiro. Mas em termos de aproveitamento contemporâneo destas energias renováveis, não há nada na prática», concluiu. Figura 8 ilustração do funcionamento de uma barragem (usina) Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

20 3.2 Energia das Ondas em Portugal Figura 9 conjunto de Pelamis Portugal tem a funcionar, já desde finais de Setembro, o primeiro Parque de Ondas do mundo. Localizado em Aguçadoura, no concelho da Póvoa de Varzim, este Parque de Ondas promete gerar energia suficiente para alimentar cerca de 15 mil famílias, sendo que 10% da energia reverterá imediatamente para o concelho, alimentando cerca de um terço do mesmo. Figura 10 imagem de um Pelamis Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

21 Dada a sua longa costa, Portugal é por excelência uma país privilegiado para a utilização das ondas para a produção de energia eléctrica. A costa de Aguçadoura foi escolhida por ter as condições ideais, profundidades de metros. Assim, a 5 km da costa de Aguçadoura podemos observar as primeiras unidades Pelamis P-750, cada uma a produzir 750 quilowatts. O Pelamis (Figuras 9 e 10) é uma estrutura semi-submersa composta por secções cilíndricas, unidas por juntas articuladas onde se encontra um módulo de conversão de energia. Os movimentos induzidos pelas ondas são absorvidos por cilindros hidráulicos, que pressurizam óleo. Dada a natureza do recurso, acumuladores suavizam o circuito até ao accionamento dos geradores eléctricos que produzem electricidade. A energia convertida em cada uma das juntas é entregue à rede eléctrica através de um único cabo e vários dispositivos podem partilhar uma mesma ligação. Naturalmente, a quantidade de energia produzida depende da força das ondas num determinado momento, pelo que, tal como a energia solar e eólica, a produção de energia não é constante. De qualquer forma, o parque de Ondas de Aguçadoura é um importante passo em frente na produção de energia por meios alternativos. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

22 Opinião Num país tão bem servido de fontes renováveis como é o nosso, o caminho certo a dar seria, certamente, em direcção à independência das fontes não renováveis para a produção de energia, até porque será mais vantajoso para a nossa economia. Ao que parece o nosso governo já terá entendido o mesmo, e a estratégia que é mostrada vai de encontro a isso mesmo, e traz mudança. Em primeiro lugar em relação à competitividade nas empresas de produção de energia, uma medida que irá potenciar uma maior inovação no sector energético. Inovação essa que irá passar por todos os sectores das energias renováveis, como podemos notar nas metas estabelecidas para cada uma dessas fontes. É dada uma maior importância à energia eólica e hídrica em termos de novas metas a cumprir, pois além de serem recursos muito abundantes no nosso país, são dos que têm maiores avanços tecnológicos. Para concluir, será de frisar a confiança do governo nas tecnologias futuras e na capacidade de Portugal em termos de fontes Renováveis, um grande incentivo aos engenheiros da área. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

23 Conclusão As energias renováveis poluem menos o ambiente do que as energias não renováveis, e são infinitas, assim, um dia que as energias não renováveis acabem, estas vão continuar a existir, substituindo as energias não renováveis, satisfazendo assim todas as nossas necessidades energéticas. Como Portugal e um pais com excelentes condições para a produção de energias renováveis (muitos quilómetros de costa, existência de vários pintos ventosos favoráveis a produção de energia eólica, e uma boa exposição solar), deve-se apostar fortemente na produção deste tipo de energia, porque, embora possa ter custos elevado, Portugal deixa de depender tanto de países terceiros, para alem da produção de energia ser feita de uma forma limpa e inesgotável. Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

24 Referencias Bibliográficas Ultima visita dia 6 de Outubro: a-marinha-ondas-de-energia.html Ultima visita dia 11 de Outubro: Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de

25 Ultima visita dia 13 de Outubro: Hidroelectrica/Paginas/Energiahidroelectrica.aspx r_david_loureiro.pdfhttps://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/162373/1/ene rgia_hidroelectrica.pdf Grupo 520 Projecto FEUP Outubro de