Eficiência Energética: Cidades e Indústrias conectando redes inteligentes 11/11/2015 Hitachi South America, Ltda.
Agenda 1. Cenário Mundial e Brasil 2. Tendências em Energia, Renováveis e Eficiência 3. O que está sendo feito? 4. Sistema de Gerenciamento de Cidades 2
1.1 Cenário Mundial Matriz Energética - Matriz Energética mundial ainda é composta combustíveis fósseis mas há uma movimentação significativa de investimentos em fontes renováveis 3
1.2 Cenário Brasil Matriz Energética - Matriz Energética mundial ainda é composta combustíveis fósseis mas há uma movimentação significativa de investimentos em fontes renováveis Capacidade Instalada 2014:133GW Capacidade Instalada 2024: 207GW 4
1.2. Cenário Brasil Consumo e Produção de Energia Elétrica CONSUMO VS PRODUÇÃO DE ENERGIA (10³tep) 300.000 Consumption Production 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 0 Crise Apagão Falha Itaipu Classe média chega a 50% da população 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Fonte: BEN - Balanço Energético Nacional - EPE (Ministério de Minas e Energia) 5
Problemas Climáticos Crescimento da População 1.4. Cenário Brasil Situação Atual? Hidrelétricas com baixo nível de água $ Termoelétricas caras e altas emissões de CO 2 Desperdício de 10% e uso excessivo de energia = + de R$12bi de prejuízos NECESSIDADE DE NOVAS FONTES E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Eficiência Energética pode reduzir as necessidades de energia do mundo em 1/3 até 2050 7
1.5. Conceito de eficiência energética - Eficiência energética é uma atividade que procura melhorar o uso das fontes de energia. - A eficiência energética consiste na relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua realização. 8
2035 Investimentos 2014 2.1. Tendências em Energia, Renováveis e Eficiência Eficiência Energética vs 2012 USD130 bi Energia Renovável USD240bi (USD120bi subsidiados) Eficiência Energética USD550bi Transporte Construção Indústria Os investimentos privados consistirão em melhorar processos industriais, renovar construções e compras de veículos mais eficientes. Fonte: WORLD ENERGY INVESTMENT OUTLOOK 2014 FACTSHEET ENERGY EFFICIENCY) 9
2.2. Experiência internacionais 10
2.3. Eficiência Energética no Brasil Brasil Conscientização da População; Uso de novas tecnologias de iluminação (led), eletrodomésticos, ar condicionado, inversores de frequência e máquinas mais modernas e eficientes; Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel); Lei de Eficiência Energética 2001 Níveis mínimos Japão Conscientização da População; Uso de novas tecnologias de iluminação (led), eletrodomésticos, ar condicionado, inversores de frequência e máquinas mais modernas e eficientes; Contínuo investimento em P&D / parcerias Uso de geração distribuída Uso de softwares dedicados ao Gerenciamento de Energia; Aproveitamento do calor de exaustão 11
2.4. Programa de Eficiência Energética no Japão 12
2.5. A Evolução das Fontes de Energia no Japão Antes do Terremoto 2010 LPG : Gás Liquefeito de Petróleo. LNG : Gás Natural Liquefeito; Gás cujo Metano é resfriado e liquefeito Outros Gases: Gás de Rua, Gás Natural, Gás de Coqueria, etc. Depois do Terremoto 2013 Hidrelétrica: 8,5% Renováveis: 1,1% Hidrelétrica: 8,5% Nuclear: 1,0% Renováveis: 2,2% Outros Gases: 1,2% Carvão Mineral: 30,3% Dependência do Combustível Fóssil Importado Carvão Mineral: 25,5% Dependência do Combustível Fóssil Importado Nuclear: 28,6% Petróleo, LPG: 6,6% LNG: 43,2% Outros Gases: 0,9% Petróleo, LPG: 13,7% LNG: 29,3% Dados Geracao 2011 : Capacidade Instalada : 226GW ( excluindo Nuclear : 175GW) Geracao em 2010 : 10,06 GWh Geracao em 2012 : 9,4 GWh Fonte: Energia do Japão - 2014; Ministério da Economia Comércio e Indústria do Japão Dados da Agência de Recursos Naturais e Energia Percentual extraído com base no potencial energético de cada segmento 13
2.6. Modelo de Geração - Energia Solar, Eólica e Eficiência Energética Certas modalidades de Energias Renováveis dependem de condições climáticas favoráveis ao seu funcionamento. Portanto é essencial que hajam fontes de energia de Backup ajustáveis à demanda, como por exemplo Usinas Termelétricas. Fontes Renováveis e Energia de Backup Demanda de Energia Energia de Backup (Termelétricas, outros) Energia de Backup Necessário ter Potência de saída ajustável Geração Fotovoltaica (Variação na geração) Geração Solar (dia de alta irradiação) Geração Eólica (dia de ventos fortes) Geração Fotovoltaica (dias de chuva) Geração Eólica (dias de pouco vento) Geração de Base: Hidrelétrica, Nuclear, Geotérmica, Carvão, outros Geração Eólica (variação na geração) Energia Solar Depende de Incidência de Luz Solar Energia Eólica Requer instalação em locais de condição geofísica favorável Manhã Tarde Noite Fonte: Energia do Japão - 2014; Ministério da Economia Comércio e Indústria do Japão Dados da Agência de Recursos Naturais e Energia 14
2.7. Região de Vila Rokkasho Aomori e Planta Piloto de Rokkasho (Geração) Atender os requerimentos do Sistema de Controle de Geração Fornecimento de energia elétrica livre de CO2 baseado em energia eólica e energia fotovoltáica e baterias Criar estabilidade na rede (Demanda) Obter benefícios tanto para a geração quanto a demanda 11.000 habitantes Local inóspido ao norte do Japão Grid de energia: baseada em energia Eólica 77 turbinas eólicas Desenvolvendo um sistema de gerenciamento de demanda Esta planta piloto permitiu que os residentes nesta Rede Inteligente mantenham seu padrão de vida confortável, ao mesmo tempo em que trazem benefícios a geração. 15
Demand side power generation and storage control(include HEMS functions) Grid Side Supply and Demand management and control(include 2.8. Conceito de Smart Community (Vila Rokkasho) PHV (Plug-in Hybrid Vehicle) PCS (Power Conditioning System) C-EMS ( Community Energy Management Systems) Inter-connection Point PV Energy Service Integration Futamata Window Power Generation Site (JWD) 51MW Power Grid Power Distribution Line 100 kw Surveillance and Control Information Exchange Information Flow Control Energy Service Information Exchange Power generation and Storage) Photovoltaic (Hitachi) Hub Battery (250kW) Charge/ Discharge NAS Battery (NGK) PCS PCS 34 MW Charge/ Discharge Control automatic surveillance and control Server (D-EMS server) Heat Pump Control Operator Monitor Mini-Information Hub Server Control Center (Hitachi) Grid Side Information Demand Side Energy Service Information PHV Charger EV&PHV (Smart Center) Multi family housing Smart house ( Panasonic ) Smart House ( JWD ) Smart House (Toyota) PHV Smart Home/ Building 16
2.9. Controle de Geração e Armazenamento 17
2.10. Controle de Demanda e Gerenciamento 18
3.1. Conceito de Smart Community (Maui Case) 19
3.2. Smart Factory (Omika Factory) Peak cut (controle Ar Cond) and peak shift (Armaz Bateria) / EMS distribuído PCS for PV EV Charger Battery Contribution Solar panels Smart meter Solar panels Management center Hitachi Information Control Solutions EV connection car Omika works Solar panels Hot water supply Future city model project (the Federation of Economic Organizations) Hitachi Power Solutions (Onuma Works) information electricity distributed EMS EMS:Energy Management System 20
3.3. Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) [ Previsão de Demanda ] 1. Histórico de uso de energia 2. Previsão de demanda baseado na previsão de tempo 3. Previsão de demanda de acordo com PCP [ Previsão de Geração de Energia/Calor ] 1. Lógica de previsão de geração de energia de fontes renováveis [ Plano de abastecimento ] 1. Cálculo de energia (a) Extração da diferença entre a energia demandada e energia gerada pelas fontes renováveis (b) Simulação de Peak cut/shift 2. Planejamento de abastecimento (a) Plano de carga e descarga de Baterias (b) Reaproveitamento de calor 3. Simulação dos custos de fornecimento x Preço dinâmico 2. Lógica de previsão de geração da Biomassa [ Visualização/ Gerenciamento de KPI ] [ Controle e Monitoramento em Tempo Real ] 1. Relatórios (a) Visualização do consumo de energia (diariamente/mensalmente/ anualmente (b) Relatório de descarga de energia 2. Gerenciamento de KPI (a) Despesas Mensais/Anuais e mudanças (b) Gerencimanto dos custos fixos 1. Monitoramento da Utilidades e gerenciamento dos resultados 2. Detecção de diferenças entre o planejado e o fornecimento real 3. Controle em tempo real (cargas baixa prioridd) 4. Info de atraso/mudança na programação da produção 21
3.4. Armazenamento de energia utilizando o peak-shift Tela do histórico de carga da bateria e controle de descarga FEMS Monitor de Demonstração de Experimento da Fábrica de Omika Temp. Radiação Solar Auto-suficiência de energia Taxa de redução CO2 Consumo Total de Energia Geração Total de Energia Carga e Descarga Descarga Redução de 23% no consumo de energia no pico do Verão de 2010 Energia Recebida 22
3.5. Planejamento de Produção com Peak-shift Simulate energy demand from production plan Change production plan to shift peak MES(Production planning) [hour] [kwh] 600 FEMS(Energy demand simulate) Energy demand simulate 500 400 300 200 100 5ライン 4ライン 3ライン 2ライン 1ライン Plan,Preparation Manufacture Cleaning Supply planning Human resource Facility conservation Demand energy planning 0 9 10 11 12 13 14 15 16 Quality inspection Shipment (Dispatcher) Date of delivery [hour] Peak shift [hour] [kwh] 600 500 400 300 200 5ライン 4ライン 3ライン 2ライン 1ライン 100 0 9 10 11 12 13 14 15 16 [hour] Electric power demand forecast 23
3.6. Peak-cut Sumário da estrutura de controle FEMS Air conditioner Command Server Interface Communication line Monitoring demand power Cotroller Remote controller First alarm raise temp. setting stop half Second alarm stop all 24
4.1. Gerenciamento de Cidades - Cenário Futuro 25
4.2. Cases da Hitachi no Mundo 26
4.3. CrystEna battery solution. FEMS Factory Energy Management System BEMS Building Energy Management System EEMS Enterprise Energy Management System AEMS Area Energy Management System 27