Perspectiva das tecnologias de energia

Transcrição

1 Campus da FEUP Rua Dr. Roberto Frias, Porto Portugal T F www@inescporto.pt Perspectiva das tecnologias de energia Manuel Matos - INESC Porto & FEUP Eduardo Oliveira Fernandes - IDMEC & FEUP 2010

2 Agenda Metas da União Europeia Reduzir as emissões de gases com efeito de estufa em 20% relativamente aos níveis de 1990 Aumentar para 20% a percentagem das energias renováveis no consumo energético final Avançar no sentido de um aumento de 20% da eficiência energética O tabaco pode prejudicar gravemente a sua saúde

3 e tecnologias Quando se fala de tecnologias de energia, tendemos a discutir sobretudo as tecnologias de conversão em electricidade Electricidade Resto Combustíveis Gás Natural Calor/frio Lenha Hidrogénio Resto Conversão / Transporte primária Eólica Hídrica Solar Fotovoltaica Solar Térmica Ondas Marés Nuclear Geotérmica Carvão Petróleo Gás Natural

4 Recurso + Tecnologia + Recurso = Centuries of Fossil Fuel Usage in North America 85% of U.S. energy is from fossil fuels; 69% of petroleum is imported; nearly 60% of all primary energy is waste Source: EIA Annual Energy Review

5 as formas síntese Hídrica Marés Ondas Eólica Gerador Eléctrica Mecânica Motor OTEC Turbina Atrito Solar Ar Atmosférico Térmica Radiação Biomassa Combustão E. Química Fissão Nuclear Fusão Nuclear Geotérmica

6 útil A energia de que necessitamos não está directamente relacionada com os recursos ou com as tecnologias de conversão Força Motriz Calor Frio Iluminação Electrónica, computadores Mas as nossas necessidades podem ser organizadas de forma a optimizar o consumo de energia (planeamento, urbanismo, mobilidade)

7 Estruturação e interdependências O quadro global é bastante complexo Electricidade Primária Conv Secund TDA Final Conv Útil Petróleo Carvão Gás Natural Hidroelectric. E. Solar E. Eólica Geotermia Nuclear Centrais Termoeléct. Refinarias Fábricas de gás Electricidade Combustíveis Redes de T&D de gás, calor, electricidade Distribuição de combustíveis Armazenagem Electricidade Combustíveis Biomassa Calor Lâmpadas Motores Aquecedores Fornos Caldeiras Frigoríficos Calor Luz Força Motriz Electrónica Computadores Conversão Central Transporte, Distribuição, Armazenagem Conversão Local ou Descentralizada

8 Estruturação e interdependências I CF FM E Petróleo Refinação Combustíveis finais Carvão Carvão final Gás natural Gás final Hidroelectricidade Vento Solar Electricidade Centralizada Electricidade Descentralizada Geração de Calor/Frio Electricidade final Redes Calor/Frio Solar térmico Biomassa Biomassa final

9 FU A questão temporal Assincronia produção/consumo, sobretudo na electricidade Para evitar a utilização de fontes menos eficientes: Armazenamento indirecto de electricidade (bombagem) Armazenamento directo de electricidade (super-condensadores, baterias) / Outono Verão / Inverno P2 P3 P4 P5 P6 0 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 - Outono micro-chp ga - Outono 100% 90% P6 P1 P2 P3 P4 P5 P6 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 PV - Verão PV - Inverno micro-chp - Verão micro-chp - Inverno Carga - Verão Carga - Inverno

10 Algumas conclusões preliminares Procuramos tecnologias de conversão de energia primária mais eficientes e com menor impacto ambiental Privilegiamos as tecnologias associadas a recursos renováveis ou pelo menos mais abundantes Temos que promover as tecnologias mais eficientes de conversão em energia útil Temos que diminuir as necessidades de energia útil pela optimização de processos económico-sociais (Planeamento, Urbanismo, Mobilidade) Os processos de transporte e distribuição também fazem parte da equação A eficiência energética é a que resultar globalmente destas interacções

11 Algumas conclusões preliminares Pode haver conflitos entre nossos objectivos, que nos obrigam a fazer opções Exemplos (sinais económicos vs sinais energético-ambientais) Ex1: Despacho de produção eléctrica Custo vs Emissões Ex2: Chávena de chá Custo vs

12 Alterações ao nível do processo Alteração de vector (energia secundária/final) Gás natural em vez de electricidade para certos usos Veículos eléctricos Conjugação de processos de conversão em energia útil Cogeração, trigeração primária de proximidade Microgeração, produção (electricidade, calor) distribuída Inteligência nas redes (smart grids) Utilização de TIC para aumentar a eficiência do processo Consumos flexíveis (cargas activas)

13 Alterações ao nível do processo Subversão do esquema sequencial Electricidade Primária Conv Secund TDA Final Conv Útil primária de proximidade (renovável) Elect BioM Gás N C Calor Colectores solares Água Q Microgeração (PV, eól) Micro-cogeração

14 primária - futuro geothermal other renewables solar thermal (heat only) solar power (PV and solar thermal generation) wind biomasse (advanced) biomasse (traditional) hydroelectricit nuclear y power gas coal oil EJ/a year 2100 Source: German Advisory Council on Global Change, 2003,

15 Novo paradigma das redes eléctricas Fonte: Smart Grids Vision and Strategy for Europe s Electricity Networks of the Future

16 Novo paradigma das redes eléctricas Passado Central power station Futuro: produção distribuída com uma gestão integrada global Transmission Network Photovoltaics power plant Storage Storage Flow Control House Distribution Network Local CHP plant Storage Power quality device Storage Power quality device Wind power plant House with domestic CHP Factory Commercial building

17 Sustentabilidade urbana: o exemplo da EXPO

18 Sustentabilidade urbana: o exemplo da EXPO 98 Primary Energy Energy Production/Conversion Energy Distribution Final Energy Final Use Technology Useful Energy Demand Intensity Demand Activ. Gas Turbine TG801A Auxiliary Boiler B551A Post Comb. Boiler B501A Trigeneration Climaespaço EDP Power Plant Heat Exchanger E202A Absorb.Chiller GRA151A Absorb.Chiller GRA151B Compr.Chiller GRC101A Compr.Chiller GRC101B EDP National electricity production mix District heating network District cooling network EDP Electricity distribution network 50% da capitação de Lisboa Network supply (NET) with network: DH & DC: district heating sub-station district cooling sub-station Individual supply (IND) without network: Heating Central & Cooling Central: Gas central heating Central Chiller Individual heating & cooling: Electrical Radiator Murial Boiler SHW AC-Window Unit Permanent Pavilions Oriente Station Residential Buildings Office Buildings Industry GDP Natural gas distribution network Applications Hotels 2010 Lightning Retail 18

19 Conclusões Perspectiva global da questão energética, tendo em conta todas as interacções Tecnologias de conversão de energia primária Tecnologias de conversão em energia útil Processos de transporte e distribuição Gestão do lado da procura Redução das necessidades de energia útil Papel das TIC na optimização dos processos Externalidades The best way to predict the future is to design it - Buckminster Fuller