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Análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na ilha de Porto Santo

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Obter a informação suficientemente clara para que seja possível aferir os custos/benefícios envolvidos na instalação de um sistema de abastecimento de energia eléctrica por meio dos recursos energéticos renováveis com maior expressão na Ilha de Porto Santo

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Análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na ilha de Porto Santo

  1. 1. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santoanálise da viabilidade de umanálise da viabilidade de umsistema híbrido de energiasistema híbrido de energiarenovável na ilha de Porto Santorenovável na ilha de Porto SantoLiliana DominguesMEPEA | ISEG | Setembro 2007
  2. 2. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo1. agenda......................................................................• objectivos• enquadramento• caracterização do objecto de estudo• caracterização do sistema de energia• caracterização da ferramenta de análise• aplicação do modelo• considerações finais
  3. 3. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo2. objectivos..............................................................obter a informação suficientemente clara para que seja possívelaferir os custos/benefícios envolvidos na instalação de umsistema de abastecimento de energia eléctrica por meio dosrecursos energéticos renováveis com maior expressão na Ilhade Porto Santo•avaliar a viabilidade da instalação de umsistema híbrido de energia renovável na Ilhade Porto Santo
  4. 4. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo3. enquadramento....................................Regiões remotasRegiões remotase insularese insularesReduzida dimensãoReduzida dimensãoEscassez de recursosEscassez de recursosIsolamentoIsolamentoFragilidade ecológicaFragilidade ecológicaElevada dependência externaElevada dependência externaElevadaElevadaabundânciaabundânciade recursosde recursosenergéticosenergéticosrenováveisrenováveisElevada propensão para a introdução detecnologias de aproveitamento de energiasrenováveisAumento seg. noAumento seg. noabastecimentoabastecimentoCriação de novosCriação de novosempregosempregosDiminuição daDiminuição daemissão de GEE´semissão de GEE´sIntermitênciaIntermitênciadas energiasdas energiasrenováveisrenováveisRestrições naRestrições naregulação daregulação daenergia produzidaenergia produzidaArmaz.Armaz.energiaenergiaComb. deComb. deváriasváriasenergiasenergias
  5. 5. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo4. metodologia................................................Análise de viabilidade do sistemahíbrido de energiaDefinição e delimitação do objectode estudoLevantamento das característicasdo objecto de estudoSelecção do tipo de sistema híbridode energiaSelecção do software a utilizarInternetDREM, AREAM,InternetPV+Eólico+H2HOMERHOMER
  6. 6. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização Geográfica•33º de latitude Norte e 16º de longitudeOeste•superfície de 42,5 Km2•baixa pluviosidade e temperaturasamenas•muito plana (montanhosa na zonasetentrional)•solo arenoso muito pobre em nutrientes
  7. 7. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização Sócio-Económica•população residente ~5.000 hab. (15.000a 20.000 em época alta)•inserida numa região com um dos PIB percapita mais elevados do país•um único concelho e freguesia•predomínio do sector terciário•poucas empresas e de pequena dimensão
  8. 8. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização Sócio-EconómicaCond.FísicasLimitaçõesAct. agrícolaPovoamentoInfra-est.básicasRede serviçosdependente do transportemarítimo e aéreoelevada dependência doexteriorrestrições no acesso ainfra-estruturasrestrições de acesso às redestransporte de energiainsuficiente qualificaçãodos rec. humanoselevada sensibilidadeambiental
  9. 9. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização Energética•consumo electricidade = 36,3 GWh em2006 (crescimento em 89,5% em relação 2000)•aumentosubstancial daprocura nos mesesde VerãoFonte: EEM, 2007
  10. 10. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização Energética•Fontes de energia primária:termoeléctrica + eólicaFonte: EEM, 20073111N.º centrais36,310,734,6Emissão (GWh)37,5-0,736,8Produção (GWh)24,10,70,523,0Potência instalada (MW)EólicaEólicaTérmicaTotalEEREEMEEMElementosSISTEMA ELECTROPRODUTOR EXISTENTEFonte: EEM, 2007
  11. 11. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização do Potencial Energético•Potencial eólico elevado, sobretudo a 40 mPotencial eólico da Ilha de Porto Santo a 10 m (à esq.) e a 40 m (à dir.)Fonte: LASEF, 2005
  12. 12. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo5. ilha de porto santo............................Caracterização do Potencial Energético•Potencial solar elevadoRadiação solar média diária da Ilha de Porto SantoFonte: LASEF, 2005•Potencial hídricodesprezável, dada aescassez de água (aocontrário da Ilha daMadeira)•Potencial da biomassa muito pouco expressivo,dadas as características geomorfológicas e o tipode vegetação existente
  13. 13. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo6. sistema híbrido de energia........RecursosVentoSolElectricidadeTecnologias CommoditiesAerogeradoresPainéis solaresPilha Combustívelou Bateria
  14. 14. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo6. sistema híbrido de energia........•Fornece electricidade à rede em contínuodurante 24 horas/dia•Oferece melhor eficiência, mais flexibilidade deplaneamento e maiores benefícios ambientaiscomparativamente com o sistema actual•Fornece a oportunidade de expansão da suacapacidade, caso a procura de energia futuraassim o exija
  15. 15. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo7. software aplicado.......................•HOMER – modelo desenvolvido pelo NREL•modelo de optimização e de sensibilidade paraavaliar a viabilidade técnica e económica devárias opções tecnológicas•simula a operação de umsistema através do cálculo dobalanço energético para cadauma das 8760 horas do ano•compara a quantidade de energia procurada coma energia que o sistema produz a essa hora
  16. 16. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Método aplicadoHOMERHOMERInputs OutputsDiagrama decarga horáriaCustos iniciaisdos componentesRadiação solardiáriaVelocidade dovento médiaTx juro e períodoConjunto deconfiguraçõesordenadas pelocusto - optimizaçãoAnálise desensibilidade
  17. 17. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos - InputsDiagrama de carga horáriamédia anual é igual a 111,557 kWh/d
  18. 18. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos - InputsCustos painéis solares Custos aerogeradoresDimensão do sistema: 0 a 300.000 kWTempo vida útil: 20 anosDimensão do sistema: 0 a 200 unidadesTempo vida útil: 15 anosModelo aerogeradores: ENERCON E48Custos do armazenamento H2, bateria e conversor
  19. 19. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos - InputsRadiação solar diária / mês Vel. do vento média mensalradiação solar média anual igual a5,58 kWh/m2/dnão se considerou variação daradiaçãovelocidade média anual do vento 5,9m/sconsiderou-se variação davelocidade• tx juro real = 11%• tempo vida útil = 20 anos• emissões GEE = 0• capacidade de armaze. = 90%
  20. 20. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos – Outputs OptimizaçãoElementos/Parâmetros ValoresDimensão do módulo solar (kW) 20.000Dimensão do módulo eólico (n.º aerogeradores) 20X660Dimensão da pilha de combustível (kW) 20Dimensão da bateria 0Dimensão do conversor (kW) 10.000Dimensão do electrolizador (kW) 10Dimensão do depósito de armazenamento de H2Custos de capital (€) 99.099.906Custos de operação e manutenção (€/ano) 1.592.173VAL (€) 112.508.776COE (€/kWh) 0,478Ren. Frac. 1Capacidade de armazenamento 0,35
  21. 21. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos – Outputs OptimizaçãoComponentesCustosCapital(€)Custos deSubstituição(€)CustosO&M(€)Total (€)Fotovoltaicos 76.291.035 8.316.123 4.929.260 85.868.064Aerogeradores 15.441.176 2.766.234 6.192 17.888.861Pilha deCombustível44.117 0 0 41.176Conversor 7.352.941 1.536.796 25.079 8.734.405Electrolizador 14.705 3.073 0 17.418Total Sistema 99.099.905 12.681.786 4.960.531 112.508.800
  22. 22. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos – Outputs OptimizaçãoCash-flow positivo a partir do 25º ano,deixando de ser negativo para osaerogeradores e conversor a partir do20º anoEnergia total produzida = 87.711.592kWh/ano (55% aerogeradores)Carga de energia primária assegurada =30.031.990 kWh/anoExcesso de electricidade produzida =57.679.456 kWh/anoconfiguração composta apenas por 20aerogeradores: carga de energiaprimária obtida = 24.407.472 kWh/anoconfiguração composta por painéisfotovoltaicos: carga de energia primáriaobtida = 16.592.799 kWh/ano
  23. 23. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo8. aplicação do HOMER................Resultados obtidos – Outputs Sensibilidade•não se verificam alterações na hierarquia dossistemas com menor VAL qualquer que seja ocenário (velocidades médias anuais: 4; 4,45; 7 e8 m/s)•carga de energia primária assegurada é inferior àobtida para o cenário central (5,9 m/s) para oscenários de 4 e 4,5 m/s•carga de energia primária assegurada é superiorà obtida para o cenário central (5,9 m/s) para oscenários de 7 e 8 m/s
  24. 24. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo9. dificuldades................................................•não ter um conhecimento real e suficientementepormenorizado da tecnologia associada aosistema seleccionado•os custos de capital, de substituição e de O&Mdas tecnologias consideradas poderem nãotraduzir os custos reais das mesmas•não se ter analisado uma possível configuração dosistema híbrido de energia que contemplasse acentral termoeléctrica, nem a ligação à rede•o período de simulação para o sistemaseleccionado ter sido enorme (129:15h), o queconstituiu um factor limitativo
  25. 25. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo9. considerações finais................• é possível diminuir radicalmente a elevada dependênciaem relação aos combustíveis fósseis, existindo váriasconfigurações viáveis para o concretizar• configuração com melhor custo-benefício é a constituídapor painéis fotovoltaicos, aerogeradores, pilha decombustível e conversor, com o qual se consegue obteruma carga de energia primária apenas ligeiramenteinferior à carga que satisfaz as necessidades energéticas• no entanto, os custos de capital associados ao mesmosão muito elevados, podendo o investimento ser faseado(primeiramente investindo-se nos aerogeradores (já que produz maisenergia a menor custo) e posteriormente nos painéis fotovoltaicos )
  26. 26. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo9. considerações finais................• HOMER é uma ferramenta extremamente importante paraa optimização de configurações de sistemas de energiahíbridos, podendo desempenhar um papel extremamenterelevante no planeamento do abastecimento energético,sobretudo à escala de regiões remotas e insulares• para uma melhor análise da viabilidade da combinaçãodas tecnologias de conversão e de armazenamento deenergia é relevante efectuar análise conjunta com outrosmodelos: VIPOR, Hybrid 2, H2RES, ENEP, EnergyPlan eHydrogens• igualmente actuar ao nível político-estratégico de forma aserem ultrapassadas as barreiras legais, de mercado e asinerentes ao isolamento
  27. 27. Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEGanálise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo9. considerações finais................

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