Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Gestão de Energia Eléctrica

(GDEE) Geração Distribuída de Energia

Eléctrica

Glossário: GD – Geração Distribuída CESA (Clean Energy States Alliance) – É uma iniciativa sem fins lucrativos Americana que apoia os vários estados para utilização de energias limpas. GHG (Green House Gases) – Gases que provocam o efeito de estufa VRLA (Valve Regulated Lead Acid) – Baterias à base de chumbo, que permitem ser seladas e colocadas em qualquer posição, em caso de sobrecarga têm uma válvula para saída de gases.

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Resumo Na introdução deste trabalho procuramos dar uma ideia geral da situação energética a nível global e quais os passos que foram tomados com o intuito de reduzir a dependência das fontes de energia não renováveis, fazendo uma breve descrição do tratado de Quioto e das ultimas evoluções que este sofreu. No segundo capitulo desenvolvemos o conceito de geração distribuída, quais as suas vantagens, como esta pode ser implementada e qual a situação actual em Portugal face a esta redução necessária da dependência de combustíveis fosseis, fazendo depois alusão a exemplos a seguir de outros países. No capitulo 3 damos vários exemplos de tecnologias que podem ser utilizadas para a produção distribuída de energia eléctrica, começando nas energias que apesar de poluentes permitem uma optimização na utilização dos recursos não renováveis existentes graças ao seu elevado rendimento, tais como os sistemas de cogeração e micro-cogeração; depois vamos falar na energia considerada renovável, mas não completamente limpa, obtida a partir da biomassa e finalmente temos as energias completamente limpas, tais como a energia eólica e a energia solar. Sempre que possível recorreu-se a exemplos de tecnologias que podem ser utilizadas a nível particular e que portanto qualquer particular que tenha um mínimo de espaço e condições em sua casa poderá instalar. Os capítulos 5, 6, 7 e 8 são casos de estudo onde é possível reconhecer alguns dos problemas que surgem com a implementação deste tipo de geração de energia bem como os métodos que estão a ser utilizados para os resolver. Finalmente não quisemos deixar de mencionar qual a legislação em vigor no nosso país que regula este tipo de investimento e quais as recentes alterações que têm sido efectuadas de modo a incentivar este tipo de investimento, em anexo é ainda possível encontrar uma lista da legislação relevante para a Geração Distribuída de Energia. Apesar dos vários avanços na geração de electricidade a partir de energias renováveis, quer no seu rendimento, na redução dos preços e no aumento da sua produção, ainda não é possível a utilização em exclusivo deste tipo de tecnologia. Infelizmente, mesmo na aplicação em escalas reduzidas nem sempre as energias renováveis são alternativas viáveis, principalmente quando associada ao sector industrial, o uso de energias não renováveis na geração distribuída é ainda quase sempre a única alternativa possível.

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Índice

Glossário: ........................................................................................................................................ 2 Resumo ........................................................................................................................................... 3 Índice............................................................................................................................................... 4 1. Introdução ................................................................................................................................... 6

O que é o Protocolo de Kyoto? ................................................................................................... 7 Quais são as metas? .................................................................................................................... 7 As metas estão a ser atingidas?................................................................................................... 7 Porquê os Estados Unidos se retiraram do Protocolo? ............................................................... 7 Kyoto vai fazer uma grande diferença? ...................................................................................... 7 Afinal como ficamos com os países em desenvolvimento?........................................................ 8 O que é o comércio de emissões? ............................................................................................... 8 Em suma….................................................................................................................................. 8

2. Produção Distribuída de Energia Eléctrica ................................................................................. 9

Porquê alterar o modo de produção e distribuição de energia? .................................................. 9 O que é e em que consiste? ......................................................................................................... 9

3 – Tecnologias de geração distribuída de energia eléctrica......................................................... 13

3.1 - Co-Geração....................................................................................................................... 13 3.1.1 – Conceito de micro-cogeração: .................................................................................. 14

3.2 - A biomassa ....................................................................................................................... 17 3.3 - Energia Eólica................................................................................................................... 18 3.4 - Energia Solar (células fotovoltaicos e colector solar) ...................................................... 19

3.4.1 – Termo acumuladores solares..................................................................................... 19 3.4.2 – Células fotovoltaicas................................................................................................. 19

4 - Exemplos de tecnologias de armazenamento de Energia:....................................................... 20

4.1 – Super Condensadores....................................................................................................... 21 4.2 – Discos de Inércia “Fly-whells” ........................................................................................ 21 4.3 – Hidrogéneo....................................................................................................................... 22

5. Análise do Impacto da Localização e Dimensão da Geração Distribuída na Fiabilidade, Perdas Eléctricos e Perfil de Tensão de Redes de Distribuição ............................................................... 25

5.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 25 5.2. METODOLOGIAS DESENVOLVIDAS ......................................................................... 26

5.2.1. Método de Avaliação do Impacto da GD ................................................................... 27 5.2.2. Método automático de localização e dimensionamento óptimo de GD ..................... 28

5.3 RESULTADOS................................................................................................................... 29 6. Avaliação Técnico-económica da Viabilidade de projectos de Geração Distribuída............... 36

6.1. METODOLOGIA DE FLUXO DE POTÊNCIA .............................................................. 36 A. Introdução ........................................................................................................................ 36 B. O Algoritmo de Newton-Raphson ................................................................................... 37 C. Redução da Rede MT....................................................................................................... 39 D. Fluxo de potência trifásico para redes radiais.................................................................. 39

6.2. METODOLOGIA PARA O CURTO-CIRCUITO............................................................ 41 6.3. SISTEMA COMPUTACIONAL E EXEMPLO DE APLICAÇÃO ................................. 42 6.4. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 44 6.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 45

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7. Desenvolvimento de Células a Combustível de Polímero Sólido (PEMFC) para Aplicação em Geração de Energia Eléctrica Distribuída..................................................................................... 46

7.1. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA.............................................................................................. 46 7.2. A CÉLULA DE COMBUSTÍVEL .................................................................................... 47 7.3. APLICAÇÕES................................................................................................................... 48 7.4. GERAÇÃO ESTACIONÁRIA.......................................................................................... 49 7.5. TIPOS DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL...................................................................... 49 7.6. PROJETO DESENVOLVIDO .......................................................................................... 50 7.7. ENSAIOS REALIZADOS ................................................................................................ 50 7.8. RESULTADOS.................................................................................................................. 51 7.9. SUMÁRIO FINAL ............................................................................................................ 52 7.10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................. 52

8. Implantação de Sistemas de Geração Distribuída Junto à Rede de Distribuição ..................... 53

8.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 53 8.2. A GERAÇÃO DISTRIBUÍDA.......................................................................................... 53

A. Tecnologias Disponíveis .................................................................................................. 54 8.3. A GD E O PROJETO DE REESTRUTURAÇÃO DO SETOR ELÉCTRICO BRASILEIRO (RE-SEB).......................................................................................................... 54 8.4. CÉLULAS A COMBUSTÍVEL ........................................................................................ 55

A. Principais Tecnologias de Células a Combustível ........................................................... 56 B. Produção de Hidrogénio para Uso em CaC ......................................................................... 56 C. Planta CaC instalada no LACTEC....................................................................................... 57 8.5. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 59 8.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 59

9 – Resumo da legislação associada com a produção distribuída de energia eléctrica................. 60 10 – Conclusões ............................................................................................................................ 63 ANEXO I: Lista da legislação relevante para a GD ..................................................................... 66

Produção de Energia: ................................................................................................................ 66 Combustíveis: ........................................................................................................................... 72 Ar e Efluentes Gasosos: ............................................................................................................ 72 Incentivos.................................................................................................................................. 74 Ruído......................................................................................................................................... 74

ANEXO II: Estudo da GALP acerca da situação energética da União Europeia......................... 75

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1. Introdução

O homem começou a usar a energia quando descobriu o fogo à 2,5 milhões de anos atrás, nessa altura a nossa evolução situava-se no Homo Erectos, e a partir dessa altura nada mais foi como dantes! A humanidade evoluiu um pouco ao sabor do uso e do domínio da energia, os povos que melhor a manipulavam eram aqueles que prevaleciam perante os que se deixavam atrasar na busca de novas fontes de poder. Essa evolução conduziu a humanidade por um caminho que apesar de ter sido próspero até aqui, se nada for feito, em breve deixara de o ser. Ao longo do tempo a dependência da humanidade pela energia foi-se agravando porque cada vez o homem precisava de mais e mais energia e essa dependência crescente trouxe às Sociedades os inevitáveis conflitos pelo posse dessas fontes, conflitos esses de que tanto se tem falado e que tantos sofrimentos nos tem criado. Muitas coisas já foram feitas para resolver alguns dos muitos problemas que essa dependência nos criou mas muito há ainda para fazer e foi com esse intuito que nos propusemos elaborar este trabalho que tem como objectivo central dar uma ajuda no sentido de produzir soluções que nos conduza a portos mais seguros. Actualmente, toda a gente já terá ouvido falar do buraco de ozono, do efeito de estufa e de outros efeitos globais que a terra tem vindo a sofrer e que são provocados pelo uso e produção de energia, também já todos terão ouvido falar nas muitas acções que têm vindo a acontecer um pouco por todo o mundo, levadas a cabo por entidades pró-ambientalistas e que tiveram um grande impulso com as reuniões de Kyoto as quais culminaram no já tão badalado protocolo de Kyoto. O Protocolo de Kyoto entrou em vigor a 16 de Fevereiro deste ano envolto num clima de prudente optimismo. Foi neste Protocolo que se estabeleceram as primeiras medidas concretas para lutar contra o aquecimento global do planeta, mas com a marcada ausência dos E.U.A, que é apenas o maior emissor de gases efeito estufa (GHG). Sete anos e quase dois meses após ser assinado, o chamado Convénio Marco das Nações Unidas sobre a Mudança Climática, mais conhecido como Protocolo de Kyoto, tomou valor jurídico para os 141 países que o ratificaram. Neste grupo de países está representado também o nome de Portugal.

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O que é o Protocolo de Kyoto? É um acordo internacional que estabelece metas de redução de gases poluentes para os países industrializados. O protocolo foi finalizado em 1997, baseado nos princípios do Tratado da ONU sobre Mudanças Climáticas, de 1992. Quais são as metas? Países industrializados comprometeram-se a reduzir, até 2012, as suas emissões de dióxido de carbono a níveis pelo menos 5% menores do que os que vigoravam em 1990. A meta de redução varia de um signatário para outro. Os países da União Europeia, por exemplo, têm de baixar as emissões em 8%, enquanto o Japão se comprometeu com uma redução de 5%. Alguns países que têm emissões baixas podem até aumentá-las. As metas estão a ser atingidas? O total de emissões de dióxido de carbono caiu 3% entre 1990 e 2000. No entanto, a queda aconteceu principalmente por causa do declínio económico nas Ex-Repúblicas Soviéticas e mascarou um aumento de 8% nas emissões entre os países ricos. A ONU afirma que os países industrializados estão fora da meta e prevê para 2010 um aumento de 10% em relação a 1990. Segundo a organização, apenas quatro países da União Europeia têm ainda hipótese de atingir as metas. Porquê os Estados Unidos se retiraram do Protocolo? O presidente norte-americano, George W. Bush, retirou-se das negociações sobre o protocolo em 2001, alegando que a sua implementação prejudicaria a economia do seu país. O governo Bush considera o tratado "fatalmente fracassado". Um dos argumentos por ele usado é as não exigências sobre os países em desenvolvimento para reduzirem as suas emissões. Bush diz ser a favor de reduções por meio de medidas voluntárias e novas tecnologias no campo energético. Não estarão os auto intitulados policias do mundo a dar um tiro no pé? Kyoto vai fazer uma grande diferença? A maioria dos cientistas que estudam o clima diz que as metas instituídas em Kyoto apenas tocam a superfície do problema. O acordo visa a reduzir as emissões nos países industrializados em 5%, enquanto é praticamente consensual que, para evitar as piores consequências das mudanças climáticas, seria preciso uma redução de 60% das emissões. Diante disso, os termos finais de Kyoto receberam várias críticas, com alguns dizendo que o protocolo terá pouco impacto no clima e é praticamente inútil sem o apoio norte-americano. Outros, no entanto, dizem que, apesar das falhas, o protocolo é importante porque estabelece linhas gerais para futuras negociações sobre o clima. Os defensores de Kyoto dizem ainda que o tratado fez com que vários países transformassem em lei a meta de reduções das emissões e que, sem o protocolo, políticos e empresas teriam dificuldades ainda maiores para implementar medidas ecológicas. No entanto, também há um grupo de cientistas que contesta o conceito em que o protocolo está fundamentado, ou seja, de que o homem pode e deve "controlar" o clima por meio de mudanças no seu comportamento.

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Afinal como ficamos com os países em desenvolvimento? O acordo diz que os países em desenvolvimento, como o Brasil e Índia, entre muitos outros, são os que menos contribuem para as mudanças climáticas, mas tendem a ser os mais afectados pelos seus efeitos. Embora muitos tenham aderido ao protocolo, países em desenvolvimento não tiveram de e comprometer com metas específicas. Como signatários, no entanto, eles precisam manter a ONU informada do seu nível de emissões e procurar o desenvolvimento de estratégias as suas próprias emissões. Entre as grandes economias em desenvolvimento, a China e Índia também ratificaram o protocolo sendo que estes dois países serão aqueles que de futuro mais evoluirão, serão nestes países que se darão os maiores aumentos de uso de energia. O que é o comércio de emissões? O comércio de emissões consiste em permitir que países comprem e vendam cotas de emissões de gás carbónico. Dessa forma, países que poluem muito podem comprar "créditos" não usados daqueles que "têm direito" a mais emissões do que o que normalmente geram. Depois de muitas negociações, os países também podem agora ganhar créditos por actividades que aumentam a sua capacidade de absorver carbono, como o plantio de árvores e a conservação do solo. Em suma… O protocolo de Kyoto “sabe a pouco” mas já é um começo. O mundo caminha a passos largos por caminhos muito perigosos a nível climatérico e parece que ainda há pessoas que não querem ver, cegas pela soberba do poder. Será que não vêm que se “essas razoes” climatéricas ditarem o nosso extermínio não servirá de nada ser o mais poderoso? Sabemos que muitas coisas estão a ser feitas com base neste protocolo. Está-se a fazer nova legislação da qual falaremos um pouco, mais adiante. O mais importante de tudo isto é que se têm procurado soluções, embora que ténues. O nosso objectivo neste trabalho será falar um pouco do que se tem feito, focalizando a nossa atenção especificamente num assunto que achámos interessante explanar aqui. Vamos falar um pouco do que se tem vindo a fazer ao nível da geração distribuída de energia eléctrica inserida no contexto da redução de emissões de GHG.

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2. Produção Distribuída de Energia Eléctrica

Porquê alterar o modo de produção e distribuição de energia? Têm-se vindo a desenvolver varias técnicas para a produção de energia eléctrica, técnicas essas que têm como objectivos a redução da emissão dos GHG, a diminuir a dependência das Sociedades às fontes de energia não renováveis, entre outros. E neste sentido têm-se encontrado alguns resultados muito interessantes. Têm-se aperfeiçoado técnicas já muito usadas e descobertas novas. O problema é que todas elas, comparadas com as fontes não renováveis são muito menos energéticas, ou seja, para se obter a mesma quantidade de energia é preciso um esforço muito maior em que em alguns dos casos se torna incomportável e inviável financeiramente. Fala-se muito nos parques eólicos, nas centrais termoeléctricas, nas Albufeiras para a produção de energia mas o facto é que em Portugal, á semelhança do que acontece um pouco por toda a Europa as fontes de energia renovável representam apenas uma pequena parte da produção total de energia. Para demonstrar isso mesmo vamos anexar a este trabalho um estudo completo feito pela Galp acerca da situação energética na União Europeia e em Portugal. O factor que origina um tão baixo peso das fontes de energia renováveis e que é o seu grande “calcanhar de Aquiles” é não só o seu baixo teor energético, como já foi referido mas também o problema da existência de tempos mortos, ou seja, estas fontes normalmente têm períodos que não produzem energia. Para tentar ultrapassar estes enormes obstáculos temos vindo a assistir ao aparecimento de alguma técnicas de entre elas a produção distribuída de energia eléctrica (PDEE). Não é nosso objectivo deixar aqui uma definição definitiva do que é PDEE, mas vamos dar algumas indicações e exemplos que, esperamos, sirvam para o leitor ficar com uma ideia acerca este assunto que lhe permita por si só fazer a sua própria definição. O que é e em que consiste? A Geração de energia distribuída é a geração de energia (eléctrica e/ou térmica), de forma descentralizada, no próprio local do uso da mesma (ou o mais próximo), economizando os custos de transmissão e distribuição e proporcionando uma solução energética e economicamente optimizada para cada caso. A geração de energia descentralizada (Energia Distribuída) sempre existiu. A novidade é que a geração de energia em pequena escala já se encontra a competir com a geração centralizada e a distribuição de energia eléctrica que nos acostumamos a conviver e utilizar desde o final do século passado. O sector eléctrico internacional está a passar por importantes transformações tecnológicas que visam a redução do tamanho das fontes geradoras de energia eléctrica. Uma verdadeira revolução teve início na década de 90 com a adaptação das turbinas aeronáuticas nas Centrais de geração de ciclo combinado.

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Faz sentido notar que outras tecnologias também se desenvolveram e estão disponíveis a preços competitivos de geração como as Centrais de cogeração baseadas também em turbinas derivadas de helicópteros e os motores a gás natural. Num futuro muito próximo (2 anos) outras tecnologias como o micro turbinas estarão a competir com os grupos geradores à gás e em cinco anos as células de combustível estarão a ser produzidas em massa tanto para uso doméstico como para uso industrial. Essa revolução (em especial a miniaturização), que já ocorreu em vários sectores e que chega ao sector eléctrico, permitindo a democratização da energia, está a ser possível graças a desregulamentação do sector eléctrico (transição da centralização estatal para a competição entre empresas privadas), a chegada do gás natural com a expansão das redes de distribuição (disponibilizando uma nova fonte energética de baixo impacto ambiental "na porta do utilizador") e às novas tecnologias que permitem que a geração localizada possa ser tão ou mais competitiva e fiável que o sistema tradicional. A situação Portuguesa é extremamente propícia para se estimular, imediatamente, a geração distribuída não apenas eléctrica, através de grupos geradores a gás natural para entrarem em acção nos horários de ponta, mas também através de projectos de cogeração industrial e comercial. Isto porque cada vez mais se chega á conclusão que a humanidade não terá futuro com os combustíveis fosseis que aumentam de preço a cada dia que passa o que faz agravar ainda mais a situação económica de crise que se vive. Também poderia ser estimulada a geração térmica a gás natural para produção de frio e ar condicionado através de equipamentos de absorção ou motores a gás, aliviando o peso de gasto energia eléctrica durante os períodos mais quentes. As tecnologias para a geração distribuída estão disponíveis e são, baratas quando comparadas com a geração centralizada, uma vez que se trata de escalas muito menores, dispensando investimentos em transmissão e distribuição. Podem ser implantadas a curto prazo a partir de investimentos privados e pulverizados. Existe ainda a vantagem de reduzir a probabilidade de falta de energia no caso de sistemas devidamente implementados que além de geração de energia permitem também operar como UPS, reduzindo os custos associados a falhas de energia, principalmente na indústria. O Governo Norte-Americano recentemente lançou um programa de desenvolvimento da energia distribuída cujas bases podem ser encontradas no site seguinte: http://www.eren.doe.gov/distributedpower/ Na Geração Distribuída além de os investimentos serem muito menores quando comparados com os investimentos na Centrais termoeléctricas a sua implementação estimulada pode se dar de forma acelerada, com vista no carácter individual ou comunitário das soluções e a maior disponibilidade das tecnologias, podendo introduzir, a curto prazo, centenas de MW para aliviar o sistema. Além de estímulos à Geração Distribuída, incluindo a cogeração industrial e comercial, é importante notar que o país dispõe uma quantidade apreciável de grupos geradores que poderiam ser accionados quase que de imediato, para aliviar o sistemas e mesmo, gerar para o sistema existente. Assim, a adopção de Centrais Virtuais poderá contribuir para minimizar um possível deficit energético. A energia distribuída pode contribuir, em muito para minorar os efeitos do potencial défice de energia eléctrica previsto para o futuro.

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A titulo de exemplo: Há cerca de três anos o Governo do Estado Norte-americano do Texas deparou-se com um problema de seca semelhante ao que até bem pouco tempo se fazia sentir no nosso pais e que alguns especialistas afirmam ainda perdurar. Nessa altura algumas unidades termoeléctricas não ficaram prontas no tempo certo e daí sabia-se que a necessidade crescente de energia iria ser muito maior que o aumento da sua produção, caso as temperaturas de verão se apresentassem elevadas como indicavam, à época, as previsões meteorológicas. Considerando que havia pouco tempo para uma tomada de decisão o Governo Texano reuniu as várias entidades interessadas na minimização do problema, caso ele viesse a ocorrer, de modo a encontrar uma solução expedita. O caminho encontrado foi a regulamentação das regras de inter conexão de unidades de geração distribuída para permitir "integrar" no sistema centenas MW espalhados através das Centrais de geração de emergência já disponíveis. A “Texas Public Utility Commission”, que regula 8% de todo o mercado de electricidade dos Estados Unidos, adoptou padrões técnicos e procedimentos para acelerar a inter conexão de unidades de geração distribuída até 10MW às redes de transmissão e distribuição. Tal trabalho pode ser encontrado na Internet através do endereço: http://www.puc.state.tx.us/rules/rulemake/21220/21220arc/21220arc.cfm . Seria de todo conveniente que o Governo do nosso pais e á semelhança do que acontece um pouco por todo lado, analise a possibilidade de obrigar a(s) companhia(s) distribuidora(s) utilizarem dos recursos que são obrigadas a investir no combate ao desperdício de energia eléctrica para o aumento da eficiência energética, envolvendo a implantação de Centrais virtuais nas suas áreas de concessão. Além de outras medidas que visariam eliminar as barreiras para o desenvolvimento da energia distribuída e de outras que objectivariam estimular a sua rápida implantação seria oportuno também:

a) Isentar, temporariamente os investimentos destinados ao aumento da eficiência energética e geração de energia distribuída baseados em gás natural, fontes renováveis de energia, resíduos industriais e urbanos dos impostos;

b) Adoptar temporariamente, medidas fiscais e tributárias de modo a estimular o uso da energia distribuída;

c) Considerar como auto produtores as cooperativas, os consórcios, as associações ou outra forma jurídica apropriada, de consumidores com a finalidade de produção de utilidades para seus interesses.

d) Criar, imediatamente, tarifas de livre negociação entre concessionárias e auto produtores de modo a estimular a geração distribuída em áreas críticas.

e) Incentivar a actualização tecnológica das Centrais geradoras para que elas sejam mais eficazes.

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Nessa linha, dever-se-iam formar grupos de trabalho ao nível Europeu para que a curto prazo este criasse um conjunto de normas que pudessem ser regulamentadas entre os estados membros a fim de serem eliminadas as barreiras existentes à inter conexão de unidades de geração distribuída, permitindo aos Países anexar centenas de unidades já existentes, ou mesmo novas, que em muito poderiam contribuir para, no mínimo, aliviar o sistema em caso de necessidade. Voltaremos a este tema mais adiante. O momento é grave mas a criatividade e o estímulo da energia distribuída podem levar ao se encontrar soluções onde todos ganhem. Voltando á percepção que deixámos no ar anteriormente, de que as fontes de energia renovável têm alguns obstáculos importantes de difícil transposição, nomeadamente no que diz respeito á sua não continuidade na produção de energia eléctrica e nunca esquecendo de que muito provavelmente estas fontes são a nossa única alternativa para o futuro, ai então, a também única conclusão obvia a que chegamos é de que inevitavelmente teremos que enfrentar essas dificuldades de espírito aberto e animo leve. E tendo esta ideia sempre em mente, vamos de seguida continuar a explanar a ideia da Geração Distribuída de Energia Eléctrica como sendo uma das possibilidades de estudo. É certo que a Geração Distribuída de Energia Eléctrica tem vantagens ambientais pois suponhamos que temos um Centro Hospitalar e que a direcção resolveu instalar um sistema de cogeração. Facilmente se depreende da avaliação que uma das vantagens que esse investimento vai trazer é o facto de se produzir energia eléctrica a partir da energia térmica, energia eléctrica essa que vai fazer com que a unidade hospitalar vá gastar menos energia vinda da rede exterior, logo é fácil chegarmos á conclusão de que a nível global, e dependendo do sistema de cogeração adoptado pelo hospital, foram libertados menos gases para a atmosfera, saindo desta feita, o ambiente a ganhar. Agora pensemos que estas medidas possam vir a ser implementadas por mais entidades, muito há a ganhar com isso. Até agora trabalhamos este assunto de uma forma ligeira, apenas tentamos dar uma ideia do que se subentende por geração distribuída. Vamos de seguida fazer uma aproximação mais exaustiva, usando um trabalho realizado pela CITENEL (II Congresso de Inovação Tecnológica em Energia Eléctrica) no Brasil o qual foca vários Casos de Estudo que achamos por bem incorporar no nosso próprio trabalho uma vez que estamos numa disciplina de Gestão de Energia Eléctrica, e dos quais faremos primeiramente um pequeno resumo antes de serem apresentados cada aspecto.

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3 – Tecnologias de geração distribuída de energia eléctrica Objectivo deste capitulo é o de dar a conhecer as várias alternativas existentes para a produção distribuída de energia eléctrica, quais as suas vantagens, desvantagens e principais aplicações para cada uma destas tecnologias. Vamos procurar mencionar tecnologias que permitem a utilização a nível local, em que o investimento é particular, por parte de empresas, condomínios e serviços (ex: hospitais). Apesar dos vários avanços na geração de electricidade a partir de energias renováveis, quer no seu rendimento, na redução dos preços e no aumento da sua produção, ainda não é possível a utilização em exclusivo deste tipo de tecnologia. Infelizmente, mesmo na aplicação em escalas reduzidas nem sempre as energias renováveis são alternativas viáveis, principalmente quando associada ao sector industrial, o uso de energias não renováveis na geração distribuída é ainda quase sempre a única alternativa possível. A ordem usada nesta lista de exemplos começa nas energias que apesar de poluentes permitem uma optimização na utilização dos recursos não renováveis existentes graças ao seu elevadíssimo rendimento, tais como os sistemas de cogeração1 e micro-cogeração; temos depois vamos falar na energia considerada renovável, mas não completamente limpa obtida a partir da biomassa e finalmente temos as energias que esperamos venham a dominar no futuro a produção mundial de energia eléctrica pois são completamente limpas, trata-se da energia eólica e da energia solar. 3.1 - Co-Geração Entendida como produção combinada do calor e da electricidade com utilização efectiva das duas formas de energia. Muito utilizada em grandes industrias que necessitam de produzir calor pois deste modo podem não apenas gerar o calor de que necessitam, mas também lhes permite a produção de energia eléctrica. Quando a energia eléctrica produzida é superior à usada pela própria indústria, é possível que esta passe a ser um fornecedor de energia para a rede eléctrica. É a generalização deste modelo a que se procura chegar, quando é necessária a produção de calor que não pode ser feito a partir de energias renováveis, quer nas grandes industrias quer nas mais pequenas, deve-se sempre que possível implementar um sistema deste tipo. As vantagens da cogeração:

• Produção de calor e energia eléctrica com rendimento combinado de até 90% • Tempo de retorno do investimento inicial quase sempre bastante reduzido. • A indústria fica menos vulnerável às falhas da rede eléctrica. • Usando gás natural, tem níveis de poluição muito baixos. • Diminuição das perdas associadas à distribuição de electricidade produzida em grandes

centrais.

1 A cogeração pode ser não poluidora no caso da utilização hidrogénio como fonte de energia, mas infelizmente a produção deste é nos dias de hoje feito à custa de energias não renováveis e portanto ainda não se deve ainda considerar como sendo uma alternativa “limpa” como muitas vezes é feito.

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O rendimento deste tipo de geração é dividido em duas partes, a energia eléctrica e a energia calorífica, que somadas podem chegar aos 90% de rendimento energético combinado, estes valores dependem também da tecnologia usada na sua produção, eis alguns exemplos [a]:

• Turbinas de combustão: Utilizam habitualmente gás natural ou fuel-oil (mas podem usar outros combustíveis fosseis), para produzir altas temperaturas e altas pressões, a pressão é usada para fazer girar uma série de lâminas (até aqui muito à semelhante do que acontece nos aviões a jacto) mas depois este torque é aproveitado para gerar electricidade, para além do aquecimento que pode ser de líquidos ou gases. Algumas destas turbinas usam também recuperadores de calor e assim aproveitar alguma da energia térmica produzida para pré aquecer a mistura de combustível a utilizar. Devido à sua simplicidade, os custos de manutenção destas turbinas estão entre os mais baixos das tecnologias de geração. A sua eficiência eléctrica varia entre os 21 e os 40%

• Motor de combustão: Trata-se da aplicação dos comuns motores a quatro tempos, que podem ser a gasolina, diesel, gás propano ou gás natural. Estes têm um custo inicial muito baixo, são muito fáceis de instalar e têm uma boa resposta à carga necessária. Existem motores deste tipo com eficiências entre os 25 e os 40%, e a inclusão de catalisadores e optimizações no controlo da combustão tem reduzido significativamente a emissão de poluentes nos últimos anos.

• Células de Combustível2: São capazes de produzir energia eléctrica directamente a partir de uma reacção química entre o hidrogénio e o oxigénio, sem a necessidade de um processo de combustão ou de partes móveis e portanto não têm ineficiências mecânicas. Por outro lado é uma tecnologia ainda em evolução e portanto ainda pouco divulgada. Um exemplo de células de combustível que podem ser usadas para geração é as de ácido fosfórico (PAFCs), já comercialmente disponíveis com uma eficiência na ordem dos 40%. A energia produzida vem sob a forma de corrente DC que é convertida em alternada através de inversores que normalmente vêm já acoplados a todo o sistema.

O calor produzido pode também ser utilizado de forma a produzir frio através de chillers de absorção ou de adsorção. A produção combinada de electricidade, calor e frio é denominada "trigeração". Para sistemas nesta gama de potências é comum designar-se por micro-trigeração. 3.1.1 – Conceito de micro-cogeração: É Tal como a cogeração, a micro-cogeração consiste na geração combinada de calor e electricidade, utilizando agora sistemas com potências relativamente reduzidas, normalmente inferiores a 150 kWe, interligados à rede eléctrica em baixa tensão. É por vezes feita a distinção entre micro-cogeração doméstica (< 10 kW) e não doméstica (entre 10 kW e 150 kW). As principais tecnologias de micro-cogeração disponíveis actualmente no mercado não doméstico, incluem, entre outras, os convencionais motores de combustão interna (CHP), motores Stirling e as tecnologias emergentes, como as modernas micro-turbinas a gás, as promissoras pilhas de combustível ou sistemas híbridos (e.g. micro-turbina / pilha de combustível).

2 Novamente, apesar de as células de combustível se poderem associar à cogeração de energia, este não se encontra disponível como fonte primária e portanto tem de ser primeiramente extraído da água, razão pela qual vai ser descrito mais detalhadamente no capitulo seguinte, onde se enquadra como um modo de armazenamento de energia.

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Apresentamos de seguida um esquema geral de uma micro-turbina usada na micro-cogeração, seguida de uma pequena tabela com alguns valores referentes a marcas conhecidas que produzem micro-turbinas.

Ilustração 1 - Esquema de um sistema micro-turbina com um único veio (fonte: TURBEC AB)

Fabricante Modelo Potência Eléctrica3

[kW]

Rendimento Eléctrico4

[%]

Potência Térmica5

[kW]

Rendimento Cogeração

[%]

Turbogen TG50CG 45 24.0 → 13.5 100 → 312 71 → 82 Bowman Power

Turbogen TG80CG 80 26.0 → 14.0 150 → 420 76 → 89

Turbec T100 CHP System 100 30 167 80

Model 30 kW 30 27 Aprox. 55 62 → 886

Capstone Model 60 kW 60 28 Aprox. 110 62 → 88

Honeywell Parallon75 75 30 907 66

Ingersoll-Rand Powerworks 70 70 28 110 80

Ilustração 2 - Fabricantes e modelos de micro-turbinas existentes no mercado

3 Condições ISO 4 Com base no PCI do gás natural 5 Disponível para aquecimento de água 6 Com utilização de sistema de recuperação de calor desenvolvido pela Unifin International para a Capstone. 7 Com base em valores indicados pelo próprio fabricante

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Aproveitamos ainda para deixar a seguinte tabela onde se relacionam alguns parâmetros referentes aos motores de combustão interna.

Ilustração 3 - Lista de fabricantes e características de geradores por motor de combustão

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3.2 - A biomassa Esta é já uma fonte de energia comum, derivada dos produtos e subprodutos da floresta, resíduos da indústria da madeira, resíduos obtidos de fluidos marinhos, resíduos de culturas agrícolas, de instalações de agro-pecuárias, de indústrias agro-alimentares, efluentes domésticos, resíduos sólidos urbanos e mais recentemente fala-se muito das possibilidades das culturas energéticas que permitem obter bio-combustíveis tal como biogás, bioetanol, biometanol, biodiesel, bioéter e biohidrogénio. É possível encontrar em algumas referências a definição de biomassa como material orgânico que não deriva de combustíveis fósseis. Ao existir actualmente uma competição muito grande na produção de produtos agrícolas, implica que seja necessário a adopção de medidas adequadas para a redução dos custos associados às várias etapas de produção. A Competitividade implica também a adopção de métodos adequados para a protecção do ambiente reduzindo a quantidade de subprodutos e resíduos produzidos que neste caso sendo na sua maioria matéria orgânica, pode ser considerada como uma fonte de energia renovável. Apesar de existirem diversas tecnologias disponíveis para a utilização destes resíduos na produção de energia calorífica e/ou eléctrica, a implementação deste tipo de infra estruturas está a ser muitíssimo lento. É de salientar que a biomassa, em termos de oferta de energia primária, poderá representar uma das maiores participações das renováveis, assegurando também uma política energética flexível, pode aumentar o nosso prestígio internacional como um país limpo e auto-suficiente e pode ainda ter um grande impacte social (criação de emprego). Seria talvez o recurso com maiores virtudes, sendo Portugal um país com uma razoável quantidade de floresta, esta poderia ser queimada de um modo planeado e controlado e assim reduzir drasticamente o flagelo que são os fogos todos os anos. Os processos que permitem fazer transformação da biomassa com vista ao seu aproveitamento para fins energéticos são muitos e podemos dividi-los em duas categorias [b]:

• Termoquímicos: a combustão directa, a pirólise, a gaseificação e a liquefacção. • Biomecânicos: fermentação, a digestão anaeróbica e a hidrolise ácida.

Apesar de alguns destes processos ainda não chegaram a um estágio de maturidade suficiente para a colocação de soluções no mercado, estão já em desenvolvimento e mostram já um grande potencial (exemplo da gaseificação). O funcionamento de algumas destas tecnologias encontra-se bastante bem descrito no documente já referenciado [b]. Fica apenas uma ideia das suas possibilidades que esperamos sejam aproveitadas de modo a não cometer os erros dos últimos anos em que a utilização de produtos lenhosos, na indústria, na panificação e na utilização doméstica tem vindo a decrescer, em virtude da penetração do gás butano no mercado.

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3.3 - Energia Eólica As turbinas eólicas, também conhecidas por aerogeradores, têm como função transformar a energia cinética do vento em energia mecânica e consequentemente em energia eléctrica. Esta tem sido nos últimos anos a maior aposta do nosso país em termos de energias renováveis, os investimentos nesta tecnologia foram no total desde 2001 na ordem dos 600 Milhões de Euros, num conjunto total de 57 parques eólicos com uma capacidade total conjunta de 578,4MW o que representa já ¼ do total da capacidade das grandes hídricas e com um objectivo para 2010 de uma capacidade total de 3750 [MW]. As grandes vantagens neste momento da geração de energia eléctrica através de aerogeradores estão na boa relação entre o preço e a quantidade de energia produzida em muito superior ao da energia solar (estão já a ser colocadas em Portugal turbinas com uma potência máxima de 3MW). Em comparação com as hídricas e mini hídricas a sua colocação apesar de passar por vários estudos não implica uma dependência da existência de um curso de água e tem um menor impacto ambientar já que apenas a única poluição resultante é sonora o que implica que deve estar afastada de zonas urbanas (e ventosas), já as hídricas alteram completamente o ecossistema do curso de água onde são instaladas. Estando portanto esta tecnologia de geração com uma razoável implementação a nível de geração de energia directamente para a rede pública. Mas é ainda possível a sua utilização a nível particular, na agricultura, em meios rurais ou para a geração de energia para uma ou mais habitações onde a sua instalação não se torne “incomoda” pelo ao nível de ruído gerado. Surge deste modo a possibilidade da instalação de Micro-Turbinas Eólicas [4] para uso particular, este tipo de utilização é um muito semelhante à micro-cogeração e vai estar ligada directamente à rede eléctrica em baixa tensão, permitindo a produção para uso próprio ou em caso de excesso é possível a venda de energia à distribuidora. Este tipo de iniciativas é quase inexistente e ainda pouco incentivada no nosso país, em outros países (principalmente no norte da Europa) é já possível encontrar algumas destas micro-turbinas, muitas vezes também associadas com outras energias renováveis tal como a energia solar. De um modo geral, com a excepção de locais remotos onde as alternativas para a produção de energia são escassas existe ainda a necessidade uma grande divulgação e de incentivos de modo a aumentar a sua difusão o que certamente se vai se reflectir numa redução dos custos. Mais uma vez remetemos o estudo do funcionamento deste tipo de tecnologia para o documento já referenciado [4].

Ilustração 4 - Incentivos á instalação de parques eólicos em Portugal

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3.4 - Energia Solar (células fotovoltaicas e colector solar)

As vantagens ambientais das energias renováveis são já conhecidas por todos, principalmente no caso dos painéis solares estas são mesmo muitas, desde a ausência de emissões de poluentes, passando pelo facto de serem silenciosas, existem ainda vantagens não relacionadas com o ambiente tais como o de praticamente não precisarem de manutenção e o de poderem ser instaladas em praticamente qualquer edifício. Apesar de todas estas vantagens existem ainda muitos problemas, alguns impossíveis de remover, outros ainda estamos longe de os ultrapassar, estas desvantagens são em primeiro lugar o facto de apenas ser possível a produção de energia durante o dia, a potência que estes conseguem na realidade aproveitar que é ainda relativamente baixo, o custo ainda muito elevado. Mas é esta a tecnologia que pode vir a fazer a diferença relativamente é GD pois com os incentivos correctos enquanto o preço deste tipo de painéis é ainda demasiado elevado, qualquer habitação pode tirar proveito destes tipos de energia quer para gerar energia eléctrica quer para aquecimento, depois de feitas as contas é possível reaver o investimento num sistema deste tipo em menos de 10 anos para o aquecimento de água e um pouco mais para a geração de electricidade, o que apesar de ser muito tempo é já capaz de conseguir chegar a muitos adeptos deste tipo de investimento.

3.4.1 – Termo acumuladores solares A mais comum das tecnologias de aproveitamento da energia solar térmica activa é o colector solar. Existem vários tipos de colectores:

• Planos; • Concentradores; • CPC ou concentradores parabólicos compostos; • De tubo de vácuo

É possível encontrar uma descrição detalhada de cada tipo no portal das energias renováveis [e]. Este tipo de tecnologia já é utilizada à muito tempo mas para um país como o nosso poderia e deveria estar muito mais divulgada, esperemos que agora com a nova lei referida no capitulo 9 esta venha a ser adoptada de um modo mais generalizado.

3.4.2 – Células fotovoltaicas As células fotovoltaicas consistem em duas camadas de material semicondutor, uma com característica eléctrica positiva e outra negativa. Quando a luz incide sobre a camada negativa alguns fotões são absorvidos libertando electrões e gerando uma corrente eléctrica que percorre o circuito externo, que por sua vez se fecha através da camada semicondutora positiva. A energia fotovoltaica pode ser produzida de várias formas, com grandes variações de eficiência e custos. Podem-se dividir em dois grupos básicos: tecnologia de células discretas e tecnologia de película fina integrada. Novamente é possível encontrar uma descrição mais detalhada em [e], fica apenas uma lista dos principais tipos existentes no mercado: • Silício monocristalino: fatias de blocos monocristais de silício crescente. ( 16% de rendimento) • Silício policristalino: fatias obtidas a partir de blocos de silício de pureza intermédia (14%). • Malha dendrítica: filme de silício monocristalino vazado de um cadinho de silício fundido. • Tecnologia de película fina integrado Cobre Indio Desilenio (cuInSe2, ou CIS) (17%) • Silício amorfo (a-Si): usado em produtos de consumo (ex: calculadoras)

O rendimento dos equipamentos comercializados para geração de energia eléctrica para habitações varia entre os 10 a 13%, com uma capacidade máxima de 200W, sendo portanto necessários no mínimo 10 painéis associados a um conjunto de baterias para conseguir manter uma pequena habitação.

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4 - Exemplos de tecnologias de armazenamento de Energia: Neste capítulo queremos dar a conhecer algumas formas de armazenamento de energia eléctrica, este armazenamento torna-se necessário quando associado a energias renováveis solar e eólica, dado que estas não produzem energia de um modo continuo. Apesar de a ideia geral da geração distribuída é a de que a própria rede eléctrica serve de “armazém”, quando temos um excesso fornecemos para a rede, quando precisamos vamos “buscar”, numa situação real deve-se tentar ter uma certa autonomia, até porque se houver um conjunto de vários “pequenos produtores” ligados a uma pequena central em que todos estão a produzir energia para a rede, isto pode causar problemas, um sistema de GD deve sempre que possível ter alguma capacidade de armazenamento de energia e diminuir as trocas de energia com a rede eléctrica. Visto que estamos perante uma área com inúmeras tecnologias tanto as já existentes como as que estão a ser desenvolvidas, ficas aqui uma lista das que são mais habitualmente associadas à produção e distribuição de energia eléctrica, bem como o seu rendimento:

• Bombagem para uma albufeira (rendimento de 80 a 90%) – Este tipo de armazenamento pode ser associado às energias renováveis, mas dificilmente pode ser aplicado numa pequena exploração como as usadas em GD.

• Armazenamento de gás comprimido (75%) – Esta técnica é implementavél em GD, podendo servir como UPS quando houver uma falha de energia, associado por exemplo a um sistema de cogeração.

• Discos de Inércia “Fly-whells” (90%) • Baterias químicas (70 – 85%): Chumbo VRLA, Níquel-Cadmium, NiMH e Lítio. • Super Condensadores (> 95%) • Hidrogénio (40%)

Ilustração 5 - Comparação das características das várias tecnologias de armazenamento

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De entre estas tecnologias vamos apenas analisar um pouco mais os que achamos mais relevantes para aplicação em GD, nomeadamente os Super Condensadores para quando é necessária uma compensação rápida (ex: excesso de carga), os discos de inércia como uma alternativa barata já disponível e que não usa compostos químicos prejudiciais e finalmente uma análise mais detalhada sobre o Hidrogénio como a melhor forma de armazenamento de grandes quantidades de energia durante longos períodos de tempo. 4.1 – Super Condensadores Como sabemos não existe método mais fiável de armazenar energia eléctrica do que um condensador, mas infelizmente esta capacidade apenas permite quantidades de energia bastante pequenas e durante pouco tempo, mas nos últimos anos os métodos de construção destes dispositivos têm vindo no entanto a ser aperfeiçoados, recorrendo a novos princípios, materiais e geometrias que têm permitido desenvolver condensadores com capacidades, densidades de energia e de potência até há pouco tempo impensáveis. Estes dispositivos designam-se hoje por super condensadores ou ultra condensadores, e desempenham um papel importante como alternativas para a acumulação de energia eléctrica. Os super condensadores são já utilizados como "buffers" de energia eléctrica para os mais diversos dispositivos electrónicos sensíveis, permitindo a sua correcta operação quando a qualidade da energia apresenta perturbações. 4.2 – Discos de Inércia “Fly-whells” As baterias electromecânicas são dispositivos que armazenam energia sob a forma cinética, numa massa inercial (volante de inércia ou "Flywheel") que roda a grande velocidade. Como principais vantagens deste tipo de sistemas, há a salientar a capacidade para debitarem elevadas potências instantâneas, serem extremamente robustos às cargas e descargas, muito compactos e possuírem tempos de carga rápidos e tempos de vida útil muito longos, sem elevada necessidade de manutenção. Ao armazenar energia eléctrica que não está a ser consumida localmente numa “Flywheel”, o sistema fica preparado para uma súbita carga e pode assim responder à mesma sem a necessidade de ir buscar energia à rede eléctrica. Por outro lado, estas baterias servem também quando não existe um sistema de GD, para armazenar energia em horas de vazio (energia mais barata) para depois fornecer aquando da necessidade de grandes cargas (picos ou pontas) de energia pedidas.

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4.3 – Hidrogénio Este é o elemento mais abundante no universo e fonte de toda energia que nos recebemos do sol. Num processo que é designado por fusão nuclear8, quatro átomos de hidrogénio combina-se para formar um átomo de hélio, libertando energia na forma de radiação. Esta energia radiante é para nós a mais abundante fonte de energia, dando-nos luz, calor, vento e permite o crescimento das plantas, sendo armazenada na forma de combustíveis fosseis, tais como o carvão, petróleo, metano (CH4), hidratos de metano e também se encontra em todo o tipo de vegetação (biomassa). Propriedades físicas: O Hidrogénio no seu estado livre e em condições de temperatura e pressão normais, é inodoro e não tem cor. Tem a maior quantidade de energia por unidade de peso [141,9 mJ/kg] em relação a qualquer combustível conhecido, por exemplo 1kg de hidrogénio a mesma quantidade de energia do que 2.8 kg de gasolina. A chama do hidrogénio não é visível à luz do dia porque tem uma emissividade muito baixa (de 17 a 25 %), sendo assim a radiação emitida é mais baixa do que os outros combustíveis fosseis, como por exemplo o butano ou o propano, ou até mesmo a gasolina (de 34 a 43 %), sendo assim o hidrogénio torna-se menos perigoso em caso de acidente porque o calor transmitido pela radiação é menor. Quando a combustão do hidrogénio se dá com oxigénio puro, o único produto da reacção é a água, libertando-se calor. Mas quando combustão é feita com ar, que possui cerca de 68% de azoto, dá-se a emissão de óxidos de azoto (NOx), que aumentam exponencialmente com a temperatura da chama. Quando a queima do hidrogénio se dá sob condições apropriadas nos motores de combustão ou em turbinas de gás, as emissões são muito pequenas ou negligenciáveis. Pode haver vestígios de hidrocarbonetos e emissões de monóxido de carbono, resultantes apenas da combustão do óleo do motor na câmara de combustão do motor de combustão interna. A sua utilização através de células de combustível é totalmente limpa, formando apenas como produtos da reacção água e calor, não havendo quaisquer emissões de partículas responsáveis por problemas ambientais. O principal problema com a utilização do hidrogénio como fonte de energia reside no facto de não ser um recurso de energia primária como o petróleo e o gás natural, ou seja não aparece naturalmente na terra, existe apenas na atmosfera com uma concentração apenas de 1 ppm (partes por milhão). É no entanto possível obter hidrogénio a partir da electrólise da água onde este se encontra combinado com o oxigénio (H2O). O hidrogénio deve ser considerado como um meio de armazenar energia produzida pelas energias renováveis, tais como energia solar, eólica, hídrica e geotérmica. Sendo assim o hidrogénio tem um grande potencial ambiental como modo de armazenamento de energia pois permite ter um ciclo de vida limpo, e assim substituir várias tecnologias hoje em dia utilizadas mais prejudiciais aos ambiente, mas para que isto seja possível implica a sua divulgação e optimização das várias etapas necessárias para a sua utilização de um modo limpo e economicamente viável.

8 A fusão nuclear é também uma forma de produção de energia em estudo, mas infelizmente ainda se encontra numa fase muito embrionária.

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A sua utilização integrada no conceito de geração distribuída implica a construção de várias infra-estruturas para cada fase do seu ciclo de vida:

Ilustração 6 - Ciclo de vida do hidrogénio

Produção de hidrogénio: A extracção do hidrogénio da água é conseguida através de outras fontes de energia, estas podem ser renováveis;

Ilustração 7 - Geração de Hidrogénio através de energias renováveis

Ou a partir de energias não renováveis (combustíveis fósseis):

Ilustração 8 – Produção de hidrogénio através de fontes de energia não renovável

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O Armazenamento do Hidrogénio pode ser conseguido através de um dos seguintes sistemas de armazenagem: - Reservatórios de gás comprimido – Existem já materiais capazes de conter os pequenos átomos de hidrogénio a altas pressões (até 800 atm) mas actualmente os custos económicos e energéticos estão muito elevados mas a tecnologia está disponível. - Reservatórios para hidrogénio líquido – Através de técnicas criogénicas podem ser alcançadas temperaturas muito baixas, tornando possível condensar o hidrogénio gasoso (à volta de -253 ºC). Desta forma uma maior quantidade de hidrogénio pode ser armazenada e transportada. - Hidretos metálicos (alta e baixa temperatura) - Existem diversos metais puros e ligas metálicas que podem combinar-se com o hidrogénio produzindo hidretos metálicos. Os hidretos decompõem-se normalmente quando atingem temperaturas entre os 60 e 70 ºC, e libertam o hidrogénio. Assim, o hidrogénio pode ser armazenado numa forma condensada, através de uma compressão relativamente simples. Este sistema de armazenamento promete tornar-se seguro e eficiente, mas a razão entre o hidrogénio armazenado e o peso da "esponja do hidreto metálico" necessita de ser aumentada. - Absorção de gás em sólidos – A absorção de moléculas de hidrogénio em carbonos activos pode armazenar quantidades interessantes de hidrogénio. Tal como hidretos metálicos esta tecnologia promete tornar-se segura e eficiente. - Micro-esferas – Existem esferas de vidro muito pequenas que podem armazenar o hidrogénio a pressões elevadas, sendo o processo de armazenagem feito com o gás a temperaturas elevadas, no qual o mesmo pode passar através da estrutura de vidro. Dependendo da temperatura, o vidro é impermeável ao hidrogénio que está dentro da esfera (baixa temperatura) ou permeável (alta temperatura) de forma a ser libertado. O transporte e distribuição do hidrogénio: Poderá ser feito de forma similar ao transporte de gás natural, mas existem algumas preocupações devido ao facto de a suas moléculas serem de tal modo pequenas que atravessam as paredes destas condutas. A utilização de condutas de gás para transportar o hidrogénio ainda não se encontra completamento viabilizado. Embora existam actualmente cerca de 1000km de pipelines de hidrogénio nos EUA, Alemanha e Inglaterra, isto representa muito pouco quando comparado com o gás natural, é no entanto importante notar que os pipelines de hidrogénio em operação hoje em dia, têm-se revelado fiáveis. O Hidrogénio líquido é em princípio mais fácil de lidar, mas terá de se manter uma temperatura extremamente baixa de -253ºC o que implica grandes gastos energéticos. Utilização final do Hidrogénio. O hidrogénio pode ser submetido a uma grande variedade de utilizações energéticas de uso corrente. Nas pilhas de combustível (células de combustível), nos motores de combustão interna, turbinas, caldeiras e fornos, o hidrogénio pode ser utilizado directamente para produzir energia mecânica e/ou calor e electricidade. As tecnologias e aplicações actualmente existentes no mercado, que se espera conduzam ao aparecimento de uma economia baseada no hidrogénio são: - Aplicações móveis – Nos transportes e na electrónica em substituição de baterias. - Aplicações estacionárias – Sistemas de produção de energia eléctrica e calor associadas à geração distribuída de energia.

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RESUMO (caso de estudo 1) Este trabalho apresenta os resultados alcançados num projecto executado pela OPPE/UFRJ para a CERJ, dentro do Programa de P&D do Sector Eléctrico Brasileiro coordenado pela ANEEL no ciclo 2002/2003. O projecto tratou do desenvolvimento de metodologia para localização e dimensionamento óptimo de geração distribuída em redes de distribuição de energia eléctrica, tendo em consideração o custo da instalação das unidades de GD e a melhoria nos índices de fiabilidade da rede, no perfil de tensão e nas perdas eléctricas. A metodologia baseia-se na utilização de Algoritmos Genéticos ombinados com um módulo de avaliação do impacto da geração distribuída nas redes de distribuição. A ferramenta computacional foi desenvolvida em linguagem de programação C++ considerando a Modelagem Orientada a Objectos e dispõe de interface gráfica amigável ao usuário para entrada de dados e visualização de resultados. Alguma coisa do que se vai dizer, apoiado neste trabalho, de certa forma já terá sido dito anteriormente, ou não. Resolvemos não fazer uma acção de “corte e costura” muito pesado no trabalho original pois corríamos o risco de desvirtuar esse mesmo trabalho. Limitámo-nos apenas a fazer uma tradução de Português do Brasil para Português de Portugal e, sempre que achámos relevante fizemos as nossas observações.

5. Análise do Impacto da Localização e Dimensão da Geração Distribuída na Fiabilidade, Perdas Eléctricos e Perfil de Tensão de Redes de Distribuição

5.1. INTRODUÇÃO Uma alternativa para fazer face á procura crescente de energia eléctrica observada nas últimas décadas é a utilização de geração distribuída. Geração distribuída (GD) está relacionada com a utilização de pequenas unidades geradoras (10MW ou menos) instaladas em pontos estratégicos do sistema eléctrico e, principalmente, próximos dos centros de consumo. As tecnologias aplicadas em GD compreendem pequenas turbinas a gás, micro turbinas, células combustíveis, geradores eólicos, energia solar, etc. A GD pode ser utilizada de modo isolado, suprindo a procura local do consumidor, ou de modo integrado, fornecendo energia ao restante do sistema eléctrico. Em sistemas de distribuição, a GD pode fornecer benefícios tanto para consumidores como empresas fornecedoras, especialmente em locais onde a geração central é impraticável ou existe deficiência do sistema de transporte de energia. As principais razões da crescente utilização de GD são:

1. As unidades de GD estão mais próximas dos consumidores de modo que os custos de transporte (transmissão e distribuição) são reduzidos; 2. As novas tecnologias disponibilizaram unidades variando de 10KW a 15MW; 3. O tempo de instalação é reduzido e os riscos de investimento não são tão altos; 4. As questões ambientais levantadas com a instalação de pequenas unidades são reduzidas, especialmente quando empregadas fontes alternativas de energia; 5. Oferece grande flexibilidade de escolha da combinação mais adequada de custo e fiabilidade; 6. A liberação do mercado de energia cria oportunidades para novos agentes produtores. 7. O mais importante dos benefícios da GE é a possibilidade da redução das emissões de poluentes.

Neste contexto, a necessidade de promover o acesso à rede de distribuição às empresas que desejam instalar unidades de GD confronta com a necessidade de controlar a rede e garantir níveis adequados de segurança e fiabilidade. As empresas de energia eléctrica passam a ter de lidar não só

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com os problemas técnicos já conhecidos, mas também com novas tarefas. As incertezas envolvidas no planeamento e operação do sistema tornam-se maiores do que no passado e certamente novas ferramentas necessitam de ser desenvolvidas para analisar e prever o comportamento do sistema. O planeamento do sistema eléctrico com a presença de GD requer a ponderação de vários factores, tais como: a melhor tecnologia a ser utilizada, o número e a capacidade das unidades, a melhor localização, o modo de inter conexão à rede, etc. O impacto da GD nas características operacionais do sistema, tais como perdas eléctricas, perfil de tensão, fiabilidade, entre outras, necessita de ser adequadamente avaliado. Este projecto visa analisar o impacto da localização e dimensão das unidades de GD nas perdas eléctricas, fiabilidade e perfil de tensão das redes de distribuição. A instalação de unidades de GD em locais não óptimos pode resultar num aumento das perdas do sistema, implicando por sua vez num aumento de custos e tendo efeito contrário ao pretendido. Devido a essa razão, a utilização de uma ferramenta de optimização capaz de indicar a melhor solução para uma dada rede de distribuição pode ser de grande valia para o projectista do sistema fazendo frente ao aumento da penetração da GD. A selecção dos locais para instalação e dimensões das unidades de GD em sistemas de distribuição de grande porte é um problema de optimização combinada muito complexo. As técnicas convencionais de optimização requerem um elevado esforço computacional e impõem modelagens simplificadas. Recentemente, uma nova classe de métodos de optimização, chamados de Métodos Meta Heurísticos, tem sido aplicada com sucesso a problemas de optimização combinada em sistemas de potência. A ferramenta computacional desenvolvida neste projecto visa optimizar a localização e a dimensão da GD de modo a minimizar as perdas na rede de distribuição primária e garantir níveis aceitáveis de fiabilidade e perfil de tensão. Para tanto, foi explorada a combinação da técnica de Algoritmos Genéticos com um método para avaliar os impactos da GD no desempenho do sistema, no tocante a fiabilidade, nível de perdas e perfil de tensão. A ferramenta computacional foi implementada baseada numa plataforma de desenvolvimento (Modelagem Orientada a Objectos), a qual apresenta uma grande vantagem em termos de manutenção, expansão e reutilização do código. O programa foi desenvolvido tendo em consideração as características específicas da rede da CERJ e contém uma interface gráfica amigável ao usuário. 5.2. METODOLOGIAS DESENVOLVIDAS A ferramenta computacional desenvolvida neste projecto visa optimizar a localização e a dimensão da GD de modo a minimizar as perdas na rede de distribuição primária e garantir níveis aceitáveis de fiabilidade e perfil de tensão. Para o efeito, foi explorada a combinação da técnica de Algoritmos Genéticos com um método para avaliar os impactos da GD no desempenho do sistema, no tocante a fiabilidade, nível de perdas e perfil de tensão. Conceptualmente, a ferramenta envolveu o desenvolvimento dos seguintes métodos:

• Método para avaliação do impacto da localização e da dimensão das unidades de geração distribuída (GD) nas perdas eléctricas, fiabilidade e perfil de tensão das redes de distribuição. A avaliação das perdas eléctricas e do perfil de tensão é baseada em programa para cálculo do fluxo de potência com representação de geradores (barras PV) [1]. A avaliação da fiabilidade é baseada em métodos analíticos [2,3]. Os indicadores de continuidade são calculados de acordo com a resolução No 024 da Aneel. O método

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desenvolvido pode ser utilizado de forma autónoma para avaliar soluções propostas por um especialista ou como parte integrante do método automático de localização e dimensionamento óptimo de GD descrito a seguir. • Método automático para localização e dimensionamento óptimo de unidades de GD, de modo a minimizar as perdas na rede de distribuição primária e garantir níveis aceitáveis de fiabilidade e perfil de tensão. O método é baseado na técnica de Algoritmos Genéticos (AG), o qual utiliza o método de avaliação do impacto da GD acima descrito na avaliação das candidatas potenciais à solução do problema [4]. O AG desempenha o papel do especialista na tarefa de produzir potenciais soluções do problema de forma automática.

5.2.1. Método de Avaliação do Impacto da GD A ferramenta básica para avaliação do impacto da GD nas perdas e perfil de tensão da rede de distribuição é o fluxo de potência. Existem vários trabalhos publicados na literatura que assinalaremos na bibliografia e no final deste caso de estudo por [X] e que propõem metodologias para avaliação do fluxo de potência em redes de distribuição com representação de geradores. Alguns trabalhos apresentam grandes similaridades, como por exemplo, o facto de todos converterem as redes originais em redes radiais visando a utilização de métodos de varredura para a resolução de fluxos de potência. As principais diferenças observadas estão no tipo de método de varredura escolhido para resolver o problema de fluxo de potências e na forma de obter as actualizações das variáveis envolvidas no processo de convergência. No desenvolvimento deste projecto, foi adoptado o método proposto por [1], por utilizar o método da soma das potências para resolver o fluxo de potência, por incorporar a presença de barras PV e por ser de uma simplicidade adequada aos objectivos do projecto. O efeito da presença de geração distribuída na fiabilidade do sistema foi considerado baseado em [5]. O método desenvolvido considera a possibilidade da GD suprir toda ou parte da carga interrompida na indisponibilidade da alimentação principal. A ocorrência de uma falha provoca a actuação dos dispositivos de protecção do sistema principal e da geração distribuída, caso esteja em operação, seguida pela abertura dos dispositivos de isolamento adequados e posterior conexão da geração distribuída novamente ao sistema. Dessa forma, índices de fiabilidade relacionados à frequência de falha não são alterados pela presença da GD. Por outro lado, existe uma melhoria significativa nos índices relacionados a tempo de indisponibilidade devido ao suprimento de parte da carga pela GD enquanto a geração principal está a ser reparada. Esse benefício é maior se a GD for considerada sempre disponível, como seria o caso de geradores a diesel, gás, micro turbinas, etc. De um modo geral, a GD é modelada de forma semelhante a um recurso com capacidade de suprimento limitada pela capacidade do gerador. No cálculo dos índices de fiabilidade dos blocos de carga, são comparadas a carga instalada do bloco com a capacidade total de geração directamente conectada ao bloco. Caso a capacidade de geração seja maior que a carga, o tempo de indisponibilidade o bloco corresponde ao tempo de manobra para isolamento do defeito e conexão da GD ao bloco. Caso contrário, tempo de indisponibilidade do bloco corresponde ao tempo de reparo do elemento onde ocorreu o defeito. Os índices de fiabilidade que estão a ser calculados neste projecto são DIC, FIC, DEC e FEC e CEND. A implementação do algoritmo de fiabilidade com geração distribuída considera que quando há uma falha em alguma parte do alimentador, os dispositivos de protecção serão abertos no sentido de isolar a falha, neste instante analisa-se a possibilidade da geração distribuída alimentar essas cargas que ficaram desligadas mas que poderiam ser conectadas à GD. Assim, estas cargas que são novamente ligadas terão apenas que esperar o tempo de transferência para a GD, enquanto que as

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demais irão esperar o tempo de reparo da falha. Caso o valor das cargas seja superior à capacidade de geração então no algoritmo todas as cargas irão esperar o tempo de reparo. Em suma, em caso de variação de geração e de carga há uma rápida tentativa de adaptação no sentido de se evitarem desperdícios. 5.2.2. Método automático de localização e dimensionamento óptimo de GD A metodologia desenvolvida visa optimizar a localização e a dimensão da GD de modo a minimizar as perdas na rede de distribuição primária e garantir níveis aceitáveis de fiabilidade e perfil de tensão. Para tanto, foi explorada a combinação da técnica de Algoritmos Genéticos com um método para avaliar os impactos da GD no desempenho do sistema. A optimização da localização e do tamanho das unidades de GD é baseada no fornecimento prévio dos locais candidatos à instalação e da relação dos possíveis unidades a serem considerados para instalação em cada local. Baseado nas informações técnicas das unidades geradoras e nas informações relativas aos custos de instalação, manutenção e aquisição das mesmas, o programa fornece a melhor solução para a rede que maximiza o benefício, medido pela redução das perdas eléctricas, e minimiza os custos. O número e o tamanho das unidades seleccionadas para instalação dependem da penetração da GD desejada para o sistema em estudo, ou seja, da potência total (MW) que deve ser suprida pelas unidades de GD reservadas no processo de optimização. Dentre as premissas adoptadas na modelagem do problema está a consideração da topologia da rede e dos valores das cargas constantes durante o período do estudo. Isso significa optimizar a instalação de unidades de GD para uma dada configuração de cargas e da rede eléctrica, sem considerar o crescimento da carga ou a expansão da rede. Outra premissa é a não consideração da curva diária de variação da carga e, consequentemente, os índices de fiabilidade são calculados para valores médios de procura das cargas. A END (Energia Não Distribuída), por exemplo, é calculada baseada na potência média procurada nos transformadores de distribuição sem considerar as variações diárias de carga. O problema de optimização solucionado neste projecto pode ser caracterizado como a maximização da relação Benefício/Custo, onde o Benefício é medido pela redução das perdas propiciada pela instalação de GD e o Custo corresponde aos investimentos de aquisição das unidades de GD, instalação e manutenção das mesmas. O problema de optimização pode ser expresso como:

BeneficiosMaximizar_F =

Custo

s.a. • Nível de Tensão dentro de limites aceitáveis • Índices de Fiabilidade abaixo de limites aceitáveis • Penetração da GD menor ou igual ao especificado • Custo Total da instalação da GD menor que o orçamento

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5.3 RESULTADOS Nesta secção serão apresentados os resultados obtidos em testes realizados com o programa de localização óptima de geração distribuída desenvolvido. Serão utilizados dois sistemas para avaliação: o primeiro é um sistema exemplo extraído da literatura [2], cujo diagrama unifilar está mostrado na Figura 1, e o segundo é um sistema representando um alimentador real fornecido pela CERJ, cujo unifilar está mostrado na Figura 2.

As setas indicam os pontos candidatos à instalação de unidades de geração distribuída. Neste exemplo especificamente, o alimentador possui um disjuntor principal, e dispositivos de protecção e manobra do tipo chave seccionadora e chave fusível, como pode ser visto na figura. Por se tratar de um caso teste, os dados apresentados aqui não representam os valores reais dos custos das unidades a serem reservados. A Tabela 1 apresenta os geradores candidatos a instalação em ambos os pontos candidatos. O tempo de retoma de ligação da geração distribuída considerada foi de 0.5 hora, o custo de perdas do alimentador foi de R$100,00/KW.

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A Tabela 2 apresenta os índices de fiabilidade do alimentador sem considerar a instalação da geração distribuída. A queda de tensão máxima calculada pelo fluxo de potência antes da reserva da GD foi de 0.018503 pu e as perdas foram de 209.9 KW.

A Tabela 3 apresenta a solução óptima obtida pelo AG, onde uma unidade de GD de 4000kW foi instalada no ponto candidato 1 e uma outra unidade de GD de 3000kW foi instalada no ponto candidato 2.

A Tabela 4 apresenta os índices de fiabilidade do alimentador considerando a instalação da GD obtida pelo algoritmo genético. O que se observa em termos de fiabilidade é que os valores dos índices relacionados à duração (DEC, DEP e CEND) diminuem, pois com a instalação da GD, a duração da interrupção às cargas fica menor quando falha a alimentação principal. No entanto, os índices relacionados à frequência permanecem inalterados. Em termos de análise de fluxo de potência, o valor da queda de tensão máxima é reduzido para 0.007422 pu e as perdas passam a ser de 74.26 kW após a reserva da GD.

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A Tabela 5 mostra uma comparação entre os valores de perdas antes e após a instalação da GD. O que se observa é que houve uma melhora significativa nas perdas do alimentador, causando uma redução percentual nas perdas de 64.62%. Observa-se também uma melhora no perfil de tensão do sistema, tornando-se praticamente plano.

Considere, agora, a restrição de penetração da GD de maneira a limitar a geração máxima em 5000kW. Assim, tem-se a nova solução do algoritmo genético apresentada na Tabela 6, na qual a potência total dos geradores determinada na solução do AG é de 5000kW, o que atende a restrição de penetração.

Em contra partida, como a capacidade máxima de geração da GD agora é menor do que o apresentado na solução da Tabela 3, as perdas aumentaram, como mostra a Tabela 7 em comparação com a Tabela 5. Por razões equivalentes, a melhoria no perfil de tensão se torna ligeiramente menor.

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A Figura 2 mostra um alimentador da CERJ, o qual possui como dispositivos de protecção instalados um renovador de ligação no circuito 16-17 e um seccionador no circuito 22-23. Para estudos de reserva de geração distribuída, considerou-se o ponto 33 como candidato a instalação da GD, e desconsiderou-se a participação do alimentador adjacente conectado no ponto 9 através de dispositivo de protecção normalmente aberto (interruptor de recurso). A Tabela 8 apresenta os geradores candidatos a instalação no ponto 33. O tempo de retomar a ligação da geração distribuída considerada foi de 0.5 horas, o custo de perdas do alimentador foi de R$ 100,00/KW.

A Tabela 9 apresenta os índices de fiabilidade do alimentador sem considerar a instalação da geração distribuída. A queda de tensão máxima calculada pelo fluxo de potência antes da reserva da GD foi de 0.147978 pu e as perdas foram de 525.4 KW. A Tabela 10 apresenta a solução óptima obtida pelo AG, onde uma Geração Distribuída de 3000 kW foi instalada no ponto candidato. A Tabela 11 apresenta os índices de fiabilidade do alimentador considerando a instalação da GD obtida pelo algoritmo genético. O que se observa em termos de fiabilidade é que os valores dos índices relacionados à duração e custo (DEC, DEP, e CEND) diminuíram, pois com a instalação da GD, a duração da interrupção às cargas fica menor

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quando falha a alimentação principal. No entanto, os índices relacionados à frequência permanecem inalterados. Em termos de análise de fluxo de potência, o valor da queda de tensão máxima é reduzido para 0.016818 pu e as perdas passam a ser de 65.95 kW após a reserva da GD.

A Tabela 12 mostra uma comparação entre os valores de perdas antes e após a instalação da GD. O que se observa é que houve uma melhora significativa nas perdas do alimentador, causando uma redução percentual nas perdas de 87,44%. Observa-se também uma melhora no perfil de tensão do sistema.

33

Considere, agora, a restrição de DEC para a GD de maneira a limitá-lo em 65.0 horas/ano. Assim, tem-se a nova solução do algoritmo genético apresentada na Tabela 13, na qual o gerador a ser instalado é de 4000kW.

A Tabela 14 apresenta os índices de fiabilidade do alimentador considerando a instalação da GD obtida pelo algoritmo genético considerando a restrição de DEC. O que se observa em termos de fiabilidade é que os valores dos índices relacionados à duração e custo (DEC, DEP e CEND) diminuíram. Isto acontece porque o AG busca obter soluções que atendam a restrição de DEC. Em termos de análise de fluxo de potência, o valor das perdas passa a ser 85.4 kW e a queda de tensão máxima passa a ser de 0.022404 pu após a reserva da GD.

A Tabela 15 mostra uma comparação entre os valores de perdas antes e após a instalação da GD considerando a restrição. O que se observa é que novamente houve uma melhora significativa nas perdas do alimentador, causando uma redução percentual nas perdas de 83,74%.

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5.4. CONCLUSÕES Este projecto desenvolveu metodologia para localização e dimensionamento óptimo de geração distribuída em redes de distribuição de energia eléctrico, levando em consideração o custo da instalação das unidades de GD e a melhoria nos índices de fiabilidade da rede, no perfil de tensão e nas perdas eléctricas. A metodologia baseia-se na utilização de Algoritmos Genéticos, que desempenha o papel do especialista na tarefa de produzir candidatas potenciais à solução do problema de forma automática. Os programas computacionais desenvolvidos encontram-se em condições de serem utilizados pelos engenheiros das empresas em estudos de projectos e operação da rede de distribuição. 5.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] G.X. Luo and A. Semlyen, "Efficient Load Flow for Large Weakly Meshed Networks", IEEE Trans on Power Systems, Vol. 5, No. 4, November 1990. [2] R. Billinton and R. Allan, "Reliability Evaluation of Engineering Systems: Concepts and Techniques", Plenum Press - New York, Second Edition, 1992. [3] R. Billinton and R. Allan, "Reliability Evaluation of Power Systems", Plenum Press - New York, Second Edition, 1996. [4] D. Goldberg, "Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning", Addison-Wesley, Reading, MA, 1989. [5] R. Allan and R. Billinton, "Probabilistic Assessment of Power Systems", Proceedings of the IEEE, Vol.88, No.2, February 2000. FIM – caso de estudo 1------------------------------------------------------------------------

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De seguida iremos passar para o próximo caso de estudo que se reporta ao estudo técnico e económico da potencial viabilidade dos projectos de GE. A motivação que nos levou a integrar este caso de estudo no nosso trabalho, e não anexa-los simplesmente, prende-se com o facto deste assunto ser de extrema importância para o desenvolvimento destas novas tecnologias em níveis mais abrangentes. De certa forma desejávamos numa primeira fase, referir-nos a este assunto de uma forma mais ligeira mas chegamos á conclusão que, embora corramos o risco de tornar este trabalho maçudo, o nosso desejo principal era deixar algo compilado em português uma vez que trabalhos acerca deste tema escasseiam em Portugal. RESUMO (caso de estudo 2)

A instalação de geração distribuída (GD) nas redes de distribuição de energia eléctrica no Brasil é um assunto relativamente novo, que apresenta novos desafios, principalmente do ponto de vista técnico. A conexão e operação de novas unidades de geração distribuída demandam um estudo preliminar para avaliar seus impactos na rede de energia eléctrica, de tal forma que alguns efeitos indesejáveis sejam evitados. Neste contexto, estudos de fluxo de potência e curto-circuito constituem a base para avaliação do impacto de novas unidades de GD sobre o carregamento dos equipamentos, sobre o perfil de tensão e sobre o sistema de protecção da rede de distribuição. Este artigo apresenta a metodologia que permite a realização destes estudos, os quais foram implementados num sistema computacional, que foi implementado na ELEKTRO, integrado ao seu Sistema de Controlo da Distribuição (SCD). O trabalho é resultante o projecto de P&D, que agora se encontra em seu segundo ciclo, usando estão sendo analisados aspectos relacionados à optimização a reserva de unidades de geração distribuída na rede de distribuição. Metodologia e sua implementação representam uma contribuição efectiva, que facilitam sobremodo o estudo de inserção e GDs em redes de distribuição, de modo a optimizar o suprimento de energia eléctrica no país, o que coloca a pesquisa como sendo de grande relevância, permitindo a rápida avaliação técnica de novas unidades de GD no sistema de distribuição.

6. Avaliação Técnico-económica da Viabilidade de projectos de Geração Distribuída 6.1. METODOLOGIA DE FLUXO DE POTÊNCIA A. Introdução As ferramentas mais importantes para avaliar o impacto de novas unidades de GD em redes de distribuição são os programas de fluxo de potência e curto-circuito. As metodologias aqui estabelecidas permitem a análise integrada de redes de sub transmissão e redes primárias, aqui denominadas, respectivamente, como redes de distribuição AT e MT. A maioria das redes MT, principalmente as aéreas, opera em configuração radial, com uma fonte apenas (representada por uma barra de suprimento na subestação de distribuição). A análise de fluxo de potência para redes radiais é muito eficiente, pois leva em consideração a estrutura da rede (cada nó da rede é “alimentado” por um único trajecto de rede), resultando numa ordenação conveniente dos elementos da rede. Além disso, como será mostrado mais adiante neste artigo, um fluxo de potência trifásico permitirá a análise de redes e cargas desequilibradas. Entretanto, quando uma ou mais unidades de GD são instaladas, o sistema opera com mais de uma fonte, o que pode ser tratado de duas formas:

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• Representação de unidades de GD como cargas negativas, isto é, as potências activa e reactiva injectadas por cada unidade são supostamente conhecidas e o modelo de fluxo de potência em redes radiais pode ser utilizado; • Representação de unidades de GD como barras de geração (para cada unidade, potência activa e magnitude da tensão são conhecidos), isto é, um método de fluxo de potência convencional, como o método de Newton- Raphson, poderia ser usado.

A metodologia de fluxo de potência desenvolvida nesta pesquisa realmente utiliza as duas formulações acima. O método de Newton-Raphson permite a determinação da potência reactiva injectada por cada unidade de GD. Isto é realizado sobre uma rede reduzida, que incorpora a rede AT e uma parcela representativa da rede de distribuição MT, na qual circuitos e cargas equivalentes são predeterminados de modo a ser detalhado neste artigo. Uma vez que a injecção de potência reactiva é obtida por unidades de GD, estas podem ser representadas por uma carga negativa, o que permite o uso do fluxo de potência trifásica para cada alimentador de distribuição. O relevo dado acima é muito eficiente, dado que um algoritmo de fluxo de potência convencional é executado sobre uma rede de tamanho reduzido e um fluxo de potência trifásico, eficiente e específico para redes radiais, é executado sobre redes completas e desequilibradas devido as cargas ou devido a assimetria dos componentes da rede (por exemplo, não transposição das linhas de distribuição). Os itens seguintes descrevem o método de Newton – Raphson convencional, bem como o método para determinação da rede reduzida e o algoritmo de fluxo de potência trifásico para redes radiais. B. O Algoritmo de Newton-Raphson Este item apresenta uma descrição simplificada de um algoritmo de fluxo de potência convencional, usado para determinação de fluxos de potência e níveis de tensão em redes integradas MT/AT. Em métodos de fluxo de potência, é mais comum serem definidos três tipos de barras, sejam:

- Barra swing (ou barra de referência), na qual o ângulo e magnitude da tensão são conhecidos. Em alguns casos específicos, quando múltiplas barras são conectadas os sistemas de transmissão, múltiplas barras swing podem ser consideradas. - Barra PV ou de geração, na qual são conhecidos a potência activa injectado e a magnitude de tensão. Este tipo de barra é útil para a representação de geradores conectados no sistema, como é o caso de unidades de GD. - Barra PQ ou de carga, na qual as potências activa e reactiva injectadas são conhecidas. Assumindo-se conhecidos:

n ne e nδ=& - tensão, em pu, para uma barra genérica n;

nk nknky y θ= - Elemento "n-k" da matriz de admitâncias nodais;

pn jqn+ - Potência complexa injectada, em pu, numa barra n,

- A equação abaixo relaciona a potência injectada na barra n e as tensões em outras barras da rede através da matriz de admitâncias nodais:

n n n nk k n k nk k nkk k

p iq e y e e e y nδ θ δ− = = + −∑ ∑& & (1)

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cos( )

( )

n n k nk k nkk

n n k nk k nkk

p e e y

q e e y sen

n

n

δ θ δ

δ θ δ

= +

= +

∑

∑

−

−

(2)

Dada uma rede com nw barras de geração, nL barras de carga e uma barra swing, existem v ln jn+

variáveis correspondendo ao ângulo δ de tensões em barras e nL variáveis relativas às magnitudes de tensão em barras. A linearização das equações (2) fornece a relação entre as variações de injecções de potência activa (nas barras de geração e de carga) e de potência reactiva (nas barras de carga) como função das variações de ângulo e de magnitude de tensão, o que pode ser escrito como:

(3)

onde Ji são as sub matrizes da matriz do Jacobiano:

1 2 3 4, , ,p p qJ J J Je eδ δ

∂ ∂ ∂ ∂= = = =∂ ∂ ∂ ∂

p

e

(4)

O método Newton-Raphson utiliza as equações (2), (3) e (4) em um processo iterativo, resolvido através dos seguintes passos:

- Magnitudes e ângulos de fase de tensões são assumidos (usualmente 1 pu para as magnitudes e 0o para os ângulos de tensão). - Potências activas e reactivas injectadas nas barras de carga e potências activas injectadas nas barras de geração são calculadas pelas equações (2). Se estes valores não diferem, dentro de uma tolerância, dos valores especificados nesta barra, o processo alcançou convergência. - A matriz do Jacobiano é avaliada e a solução do sistema de equações (3) leva à determinação das variações de ângulo em barras de carga e de geração e à determinação das variações de magnitude de tensão em barras de carga. Isto permite a determinação das magnitudes e ângulos de tensão para a iteração seguinte:

1 1,k k k ke eδ δ δ+ += + ∆ = + ∆ (5)

- Quando a convergência é alcançada, as potências activa e reactiva injectadas na barra swing e as potências reactivas injectadas em barras de geração são determinadas. Também são avaliados os fluxos de potência e perdas activas e reactivas em componentes do sistema.

A aplicação do método acima para redes integradas AT/MT é directa, dado que o método contempla redes em malha e um ou mais pontos de suprimento.

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C. Redução da Rede MT Quando unidades de GD são conectadas ao sistema de distribuição MT, o método de Newton – aphson aqui descrito pode ser utilizado de forma eficiente, desde que a rede primária seja convenientemente reduzida para uma rede equivalente, com menor número de barras e ramos. A rede reduzida é avaliada de forma que apenas os nós que estejam no caminho entre as unidades de GD (ou de algumas outras barras específicas previamente seleccionadas) e a barra da subestação de distribuição sejam mantidos. O procedimento pode ser descrito como se segue:

- A barra MT da subestação de distribuição, as barras com unidades de GD e, eventualmente, algumas barras especificadas pelo usuário, são mantidas. - As barras no caminho entre uma dada barra com GD e a barra da subestação são mantidas. - As barras no caminho entre barras especificadas pelo usuário e a barra da subestação são mantidas. - As demais barras do sistema são descartadas, e suas demandas são transferidas para as barras mais próximas no alimentador.

Na determinação da rede reduzida, um passo adicional pode ser realizado, no qual as barras de carga conectando até dois trechos de rede, com demandas significativamente baixas, são convenientemente eliminadas. Da mesma forma, a demanda correspondente, apesar de pequeno valor, é transferida para a barra subsequente mantida. Uma vez que o método de Newton-Raphson é aplicado para a rede integrada, que considera a rede MT e a rede reduzida MT, as injecções de potência activa e reactiva nas unidades de GD podem ser usadas como entrada para um método de fluxo de potência mais preciso, especialmente projectado para configurações radiais com desequilíbrios, como descrito no item seguinte. D. Fluxo de potência trifásico para redes radiais Como explicado acima, as unidades de GD podem ser consideradas como “cargas negativas”, de modo que o alimentador primário possa a ser considerado como radial. Neste caso, o algoritmo de fluxo de potência é muito eficiente, pois utiliza a estrutura ordenada da rede, isto é, cada barra do sistema é suprida por um único ramo. Para modelar sistemas de distribuição MT, condensadores em derivação, relativos às linhas de distribuição, podem ser desprezados. Para obter a queda de tensão em ramos de redes desequilibradas, o método utiliza a matriz de impedâncias dos elementos de rede, que compreende as impedâncias próprias e mútuas entre as fases A, B e C e o cabo neutro N, conforme mostrado na figura 1. Esta matriz relaciona as quedas de tensão nas três fases e no neutro de um trecho de rede com as correspondentes correntes de fase e de neutro, conforme equação abaixo:

(6)

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Valores das demandas em cada fase são avaliados para cada consumidor conectado a cada transformador de distribuição e para os consumidores primários através de curvas típicas de carga e consumos mensais obtidos do sistema de gestão da rede. Além disso, de acordo com o tipo de transformador de distribuição (trifásico, monofásico, etc.), é possível avaliar as características de desequilíbrio da carga. As curvas de carga são simplificadas para 4 períodos diários, por exemplo, representando a madrugada, manhã, tarde e noite.

A determinação de correntes nos ramos e níveis de tensão baseia-se no método de Gauss, estruturado para tratar eficientemente as redes radiais: - correntes injectadas nas barras de carga (consumidores primários, transformadores de distribuição, iluminação pública, bancos de condensadores e unidades de GD) são avaliadas, por fase, assumindo-se tensão nominal (1pu) em toda a rede;

- Uma lista ordenada é usada para mover das barras terminais do alimentador (as mais distantes electricamente da subestação) em direcção ao início do alimentador, quando são determinadas gradualmente as correntes de ramos; as correntes de fase e de neutro de um dado trecho permitem a avaliação das quedas de tensão, conforme equação (6); - Partindo da barra da subestação, onde o nível de tensão é conhecido, as tensões nas demais barras da rede são gradualmente determinadas em direcção às barras terminais da rede, utilizando-se a lista ordenada e as quedas de tensão nos ramos obtidas no passo anterior; - De acordo com o modelo de carga (isto é, a maneira como a corrente de carga varia com a tensão aplicada), correntes nos pontos de carga são actualizadas de acordo com as tensões determinadas no passo anterior, e outra iteração é realizada até que as tensões entre duas iterações sucessivas não variem, dentro de uma determinada tolerância.

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6.2. METODOLOGIA PARA O CURTO-CIRCUITO Para representação dos pontos de suprimento, são utilizadas impedâncias equivalentes. Estas são representadas pelas correspondentes impedâncias sequenciais. Quando o sistema é suprido por múltiplos pontos, ramos fictícios podem ser utilizados na rede equivalente para complementar a representação do sistema externo. A figura 2 ilustra o procedimento, onde Z1, Z2 e Z12 são as impedâncias representativas do sistema externo. Unidades de GD são representadas pelas suas correspondentes impedâncias, considerando os transformadores de conexão.

a. Rede completa b. Rede equivalente

FIGURA 2 – Modelo de rede para estudos de curto-circuito

O algoritmo de cálculo de curto-circuito é baseado na avaliação de impedâncias sequenciais equivalentes para as barras onde as correntes de defeito são determinadas. O procedimento de análise do curto-circuito, para uma da barra i, pode ser resumido nos passos a seguir: - As matrizes de admitâncias nodais, de sequência positiva e zero, são obtidas com base nos modelos convencionais de linhas de sub transmissão e de distribuição primária, transformadores de potência (com correspondentes conexões de enrolamentos), pontos de suprimento e unidades de GD; - As iésimas colunas das matrizes de impedâncias nodais, sequências positivas e zero, são determinadas pela solução do seguinte sistema de equações:

A impedância equivalente Zii permite a avaliação das correntes de curto-circuito no ponto do defeito, enquanto que as impedâncias de transferência Zik permitem a avaliação das tensões nas outras barras e as contribuições de corrente nos componentes da rede. Quando, analisando sistemas integrados AT / MT, nas quais unidades de GD são conectadas, existe uma forte necessidade de verificação das contribuições de corrente por estas unidades quando ocorrem curto--circuitos noutras barras especificadas (no sistema AT ou MT).

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6.3. SISTEMA COMPUTACIONAL E EXEMPLO DE APLICAÇÃO Um sistema computacional foi desenvolvido para estudar o impacto de novas unidades de GD nos sistemas de distribuição de energia eléctrica. A análise é realizada considerando sistemas MT e AT, usando a metodologia descrita previamente no artigo. Além disso, a ferramenta é integrada aos sistemas de bases de dados da Empresa, para que os engenheiros possam realizar as simulações considerando os sistemas de sub transmissão, conjuntamente com as subestações de distribuição e correspondentes alimentadores primários. Para ilustrar a metodologia e a ferramenta computacional, a figura 3 mostra um sistema de distribuição AT, onde duas barras de suprimento B1 e B2, correspondendo às subestações de suprimento S1 e S2, são identificadas. Este subsistema de duas subestações de distribuição e um consumidor AT, denominado CGa. Uma das subestações contém 2 transformadores de potência TR1 e TR2 e a outra subestação um único transformador TR3. A Figura 4 mostra uma rede de distribuição MT (seis alimentadores primários), na qual duas unidades de GD são instaladas. O usuário controla onde as unidades são instaladas e fornece informações relativas às condições de operação, por exemplo, potências injectadas e ajustes de tensão em GDs, conforme ilustrado em uma janela da figura 4. A figura ainda apresenta a rede reduzida dinamicamente avaliada, e identificada pelos caminhos que conectam as unidades de GD à barra da subestação.

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Uma vez que as unidades de GD são incorporadas ao sistema MT, a ferramenta computacional é capaz de transferir as informações relevantes para serem incorporadas à rede AT, conforme mostrado na figura 5, na qual as unidades DG1 e DG2 foram conectadas ao sistema. O programa de fluxo de potência é então executado. Alguns recursos para visualização dos resultados (por exemplo, diferentes cores de trechos em função de faixas de carregamento e diferentes cores de barras em função de faixas de tensão) foram introduzidos na ferramenta para facilitar a análise. Na figura, a janela de resultados apresenta os fluxos de potência e correntes passantes no trecho de linha T4. Uma vez que os fluxos de potência reaviva injectados por unidades de GD são avaliados, estes são usados pelo algoritmo de fluxo de potência trifásico para a rede MT, aplicada à rede de distribuição completa da figura 4.

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A figura 6 ilustra a ferramenta de análise de curto-circuito, com as duas unidades de GD incorporadas. Deve-se notar que o trecho fictício (TF1) foi incluído entre as barras B1 e B2, para melhor representar o sistema externo em condições de curto-circuito nas barras do sistema em estudo (vide figura 2). A figura 6 ilustra como a unidade DG2, localizada na barra B11, contribui para um curto-circuito trifásico na barra B3 e mostra como outros resultados podem ser apresentados, como por exemplo as contribuições de corrente nos trechos, níveis de tensão para os diferentes tipos de defeito, etc.

6.4. CONCLUSÕES Este artigo apresentou metodologia e ferramenta computacional, que permitem a engenheiros de empresas de distribuição avaliar aspectos técnicos relacionados com a instalação de unidades de geração distribuída em sistemas de distribuição de energia eléctrica. Os resultados aqui alcançados representam uma parte das actividades do Projecto de P&D desenvolvido pelo Enerq/USP com a Elektro. As actividades actuais concentram-se em ferramentas de optimização da instalação de novas unidades de GD no sistema, e deverão ser publicados num próximo artigo. O modelo desenvolvido permite a inclusão, de forma simples, de unidades de GD no sistema de distribuição. A redução da rede MT permite que modelos convencionais para análise de fluxo de potência e curto-circuito sejam eficientemente utilizados, de forma que os engenheiros possam realizar estudos globais, considerando não só o sistema MT como também o sistema AT. Como resultado da análise de fluxo de potência com o modelo convencional, aplicado à rede MT/AT, são obtidos os fluxos de potência injectados nas unidades de GD em diferentes níveis de carga. O sistema de distribuição primária (MT) pode então ser analisado em detalhe pelo algoritmo de fluxo de potência trifásico, que é executado de forma eficiente em configurações radiais, como é o caso de redes MT aéreas. O módulo de curto-circuito permite a simulação de diferentes tipos de defeitos em qualquer barra seleccionada, seja na rede MT ou AT. Os resultados são apresentados ao usuário de forma amigável, de forma que as contribuições de unidades de GD, níveis de tensão em barras da rede e correntes nos trechos e componentes da rede possam ser analisados. A

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avaliação do impacto nos esquemas de protecção da rede de distribuição e seu comportamento para condições de curto-circuito podem ser realizados a partir da ferramenta desenvolvida. 6.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Kagan, N.; Silva, J. C. B. Optimização do Planeamento de Sistemas de Distribuição introduzindo Fontes Alternativas e Gestão do Lado da Procura. Proceedings CIER 2000. Buenos Aires, Argentina, Nov. 2000. [2] Kagan, N.; Silva, J. C. B. Inclusão de Geração Distribuída na Optimização do Planeamento de Sistemas de Distribuição. Proceedings da Latin Power & Gas Conference. Rio de Janeiro, Brazil, Aug. 2001. [3] Kagan, N.; Silva, J. C. B.; Lima, W. S. Economical Comparison of Distributed and Central Station Generation in the Brazilian Whole-sale Energy Market. VIII SEPOPE - Symposium of Specialists in Electric Operational and Expansion Planning, Brasília, Brazil, 2002. [4] Kagan, N.; Silva, J. C. B.; Lima, W. S.; Silva, J. C. R. Distribution Systems Planning Considering Distributed Generation Within a Competitive Environment. IEEE/PES T & D 2002 Latin America Conference, São Paulo, Brazil, 2002 FIM – caso de estudo 2------------------------------------------------------------------------

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Continuando com o objectivo de apresentar algumas possíveis soluções para se tentar baixar as emissões de GHG para a atmosfera e inserido no contexto de GE achamos por bem apresentar o seguinte caso de estudo. RESUMO (caso de estudo 3) As pressões da sociedade em relação às questões ambientais têm contribuído para o desenvolvimento de formas alternativas para geração de energia eléctrica. Um dos campos mais promissores nessa área é a geração de energia eléctrica através das chamadas células a combustível. Essas células utilizam os gases hidrogénio e oxigénio para produção de electricidade e têm como resíduo final a água. O hidrogénio pode ser fornecido puro ou ser obtido através da reforma de produtos ricos nesse elemento, como o gás natural. Como a produção de electricidade pode ser realizada no local de consumo ou próximo dele, as células a combustível possuem grande potencial de uso na geração distribuída.

7. Desenvolvimento de Células a Combustível de Polímero Sólido (PEMFC) para Aplicação em Geração de Energia Eléctrica Distribuída.

7.1. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA A geração distribuída deverá tornar-se uma opção energética importante nos próximos anos devido a um conjunto de factores: a reestruturação do sector eléctrico, a evolução tecnológica, as pressões da sociedade em relação às questões ambientais e o mercado em expansão. Paralelamente à reestruturação das concessionárias, há, por parte dos consumidores, exigências crescentes quanto à qualidade do fornecimento de energia eléctrica e por respostas rápidas na prestação de serviços, no aumento da necessidade e na diversificação dos serviços prestados pela concessionária. O conceito da geração distribuída (eléctrica ou térmica) baseia-se na geração no próprio local de uso (ou o mais próximo), economizando desta feita (como já afirmamos varias vezes) os custos de transmissão e distribuição e proporcionando uma solução energética e economicamente optimizada para cada caso. As tecnologias para geração distribuída são muito baratas quando comparadas às de geração centralizada, dispensando investimentos em transmissão e distribuição, e podem ser implantadas em curto espaço de tempo, com riscos muitas vezes menores. A geração distribuída possui diversas aplicações: reserva de potência, cogeração de electricidade e calor, geração na ponta, reforço de carga e geração isolada. Os sistemas de geração distribuída também se caracterizam pela flexibilidade em relação ao combustível e abrangem diversas tecnologias. A possibilidade de empregar gás natural e gás de síntese derivado de hidrocarbonetos, de carvão, de biomassa é exemplo dessa flexibilidade. Nesse trabalho será discutida a utilização de células a combustível para produção de energia eléctrica. Esse equipamento utiliza hidrogénio e oxigénio e através dos princípios de electroquímica produz corrente eléctrica. As concessionárias de energia eléctrica que têm demonstrado maior interesse no desenvolvimento das células a combustíveis, são aquelas de âmbito regional e com interesses na geração distribuída. Tal fato se deve aos atractivos proporcionados pelas células a combustível, entre as quais destacam-se:

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• Alta eficiência tanto em plena carga como em carga parcial, em unidades de pequeno porte; • Nível muito baixo de emissões (NOx, SOx, compostos orgânicos); • Unidades compactas com baixo nível de ruído audível; • Unidades modulares, pré montadas em fábrica e com baixo tempo de construção; • Flexibilidade operacional; • Possibilidade de complementar a capacidade existente de operação, reduzindo demanda de pico e perdas.

Apesar dessas vantagens as células a combustível apresentam algumas desvantagens:

• Alto custo; • Tecnologia não familiar para a indústria de potência; • Falta de infra-estrutura.

Diversos estudos de mercado, conduzidos a partir do final da década de 80, identificaram a existência de um mercado potencial para aplicações na faixa de 3 a 10 kW, para atendimentos residenciais e pequenos comércios. Entretanto, os mesmos factores que estão motivando o crescimento da geração distribuída são capazes de modificar as expectativas de entrada no mercado de um tipo específico de célula de combustível de baixa potência. As células de combustível denominadas de membrana polimérica (Proton Exchange Membrane Fuel Cell – PEMFC, ou Solid Polymer Fuel Cell – SPFC), anteriormente desenvolvidas para uso veicular, passaram a ser encaradas como uma alternativa atractiva para a geração estacionária destinada ao mercado mencionado. O grande esforço de pesquisa e desenvolvimento empreendido pelos grandes fabricantes de veículos no sentido de reduzir os custos de produção das PEMFCs, aumentar a durabilidade, reduzir o nível de emissões atmosféricas e aumentar a potência específica (W/kg) tem, de forma indirecta, ampliado à possibilidade de empregar PEMFCs de baixa potência ( <50 kW) para uso estacionário. 7.2. A CÉLULA DE COMBUSTÍVEL As células a combustível são, em princípio, baterias (pilhas) químicas, ou seja, dispositivos que convertem energia química directamente em energia eléctrica e térmica, possuindo, entretanto uma operação contínua, graças à alimentação constante de um combustível. Ao ser utilizado como fonte de energia numa célula de combustível, o hidrogénio liberta energia e não gera poluentes. A reacção química resultante da operação gera, além de energia, calor e vapor de água pura. Por sua vez, o hidrogénio poderia ser obtido a partir da electrólise da água, gaseificação de resíduos agrícolas, dissociação do metanol, etanol e do gás natural, etc. O reformador é um equipamento que “quebra” a molécula do combustível liberando os átomos de hidrogénio (H2). Ele trabalha com vapor de água em temperaturas relativamente elevadas e, para tanto, utiliza parte da energia do combustível que geralmente é da ordem de 20%. O início da pesquisas de células a combustível ocorreu há mais de 150 anos, por Sir William Grove. Com o grande desenvolvimento na área de materiais nos últimos 15 anos, a tecnologia em células a combustível, associada à crescente exigência de baixo impacto ambiental, tornou-se bastante promissora no cenário mundial de energia. Estas representam já uma alternativa tanto para motores a combustão (unidades móveis), como para geradores de energia de médio porte (100 kW) e até para centrais de alguns MW de potência (unidades estacionárias). O estudo e desenvolvimento de célula de combustível associam outras áreas de conhecimento, como, por exemplo, a produção de hidrogénio (combustível da célula de combustível) a partir da reforma de

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outros combustíveis (fósseis, de biomassa, etc.), incluindo-se aí o etanol, estratégico, no caso do Brasil. Esta conversão ocorre por meio de duas relações electroquímicas parciais de transferência de carga em dois eléctrodos separados por um electrólito apropriado, ou seja, a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo. Escolhendo-se, por exemplo, hidrogénio como combustível e oxigénio (do ar ambiente) como oxidante, tem-se na denominada célula ácida, a formação de água e produção de calor, além da liberação de electrões para um circuito externo, que podem gerar trabalho eléctrico. As reacções nos eléctrodos são: - Ânodo: H2 2H+ + 2e- (1) Cátodo: ½ O2 + 2H+ + 2 e- H2O

(2)

Reacção Total: H2 + ½ O2 H2O

(3)

Um esquema simplificado de uma célula a combustível de electrólito polimérico sólido é apresentado na figura (1). Os protões produzidos na reacção anódica são conduzidos pelo electrólito até o cátodo, onde se combinam com o produto da redução do oxigénio, formando água. 7.3. APLICAÇÕES A eficiência das células a combustível está na faixa de 40% a 55% para as células de baixa temperatura de operação. Para as células que operam em temperaturas mais altas a eficiência pode ultrapassar 70% se o calor gerado for utilizado para cogeração ou aquecimento. A eficiência, isoladamente, não é a principal vantagem de sistemas de geração de energia com célula a combustível, mas sim, o seu inerente factor ecológico, com baixíssima geração de poluentes, além de silenciosas, compactas e de fácil manutenção. Por estas razões, vislumbra-se um mercado para sistemas de célula a combustível para geração de energia, com aplicações localizadas de até alguns MW de potência, como, por exemplo, em hospitais, condomínios residenciais, repartições públicas, etc. As vantagens das células a combustível aumentam quando se tem por finalidade a geração de energia móvel, caso das células de baixa temperatura, onde a sua eficiência fica muito acima dos motores convencionais.

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A aplicação deste tipo de célula de combustível é, então, a tracção automóvel. Em menor escala, as células de combustível poderão ser utilizadas para alimentar equipamentos electrónicas, de comunicações, computadores, etc. 7.4. GERAÇÃO ESTACIONÁRIA Uma das características das células de combustível reside no facto de que a sua eficiência não ser praticamente afectada pelo seu tamanho. Isso significa que plantas centrais e relativamente eficientes podem ser desenvolvidas, evitando o alto custo associado ao desenvolvimento das grandes centrais. Com isso, inicialmente o desenvolvimento de células de combustível para geração estacionária está orientada para a capacidade de algumas centenas de kW até poucas dezenas de MW. 7.5. TIPOS DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL Existem vários tipos de células a combustível, classificadas segundo o electrólito que utilizam, o qual define a temperatura de operação. A tabela 1 relaciona os tipos de células de combustível considerados hoje os mais promissores para aplicações terrestres com suas características principais, vantagens e desvantagens actuais e suas aplicações mais relevantes. Os vários tipos de células de combustível existentes, classificados segundo a sua temperatura de operação, envolvem materiais constituintes distintos e técnicas de construção diversas. Como se trata de uma tecnologia pouco utilizada a quantidade de dados relativos ao seu uso comercial ainda são poucos. A primeira unidade comercial disponível foi a PC-25 desenvolvida pela International Fuel Cells Corporation (IFC). Trata-se de uma célula tipo PAFC Fuel Cell) de 200 kW, 480/277 V, 60 Hz e 400/230 V a 50 Hz. A eficiência desta célula situa-se à volta dos 40% e chegando podendo chegar aos 80% com aplicações em cogeração. Uma unidade acumulava em Agosto de 2000 mais de 50.000 horas de operação. Uma das unidades alcançou operação ininterrupta de 9.500 horas.

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7.6. PROJETO DESENVOLVIDO Esse projecto tem como objectivo final desenvolver protótipos de Células a Combustível de Polímero Sólido (PEMFC) para posterior fabricação em escala industrial no Brasil com elevado grau de nacionalização visando vários mercados principalmente o da ELETROPAULO. O desenvolvimento ficará a cargo da Electrocell, empresa que já desenvolveu uma célula completa e acabada para 1 kW e detêm a capacitação e tecnologia. O desenvolvimento será acompanhado e validado pela Universidade de São Paulo (USP). A empresa Electrocell está a desenvolver uma célula a combustível de 50 kW e 250 VCC. Essa célula é composta por cinco módulos (“stacks”) de 10 kW e 50 VCC cada um, que fornece tensão e corrente contínuas, por isso é necessário um módulo de electrónica de potência (inversor) para que ela possa fornecer tensão e corrente alternadas. Esse módulo consiste de um inversor formado por pontes de IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transístor – Transístor Bipolar de Porta Isolada), filtros e transformador. Por ocasião da confecção desse artigo ainda não tinha sido terminada a construção do primeiro módulo (stack) de 10 kW, por isso não há nenhum teste para as células de combustível. Já o módulo de electrónica de potência (inversor) e o transformador estavam prontos e com isso os ensaios foram realizados com esses equipamentos. 7.7. ENSAIOS REALIZADOS Os ensaios do módulo de electrónica de potência (inversor) da célula a combustível foram realizados no Laboratório de Máquinas do IEE-USP (Instituto de Electrotécnica e Energia – Universidade de São Paulo). Esses ensaios consistiram em aplicar uma tensão contínua fornecida por um rectificador pertencente ao IEE para simular a célula a combustível e verificar o comportamento do módulo de electrónica de potência para diferentes cargas (resistira, capacitiva e indutiva) e determinar o rendimento do conjunto inversor e transformador. Foram também analisados alguns tipos de transitórios.

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Também foram realizados os ensaios do transformador existente no módulo nomeadamente o de vazio e o de curto-circuito. O esquema simplificado da célula juntamente com o inversor e transformador é apresentado acima.

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7.8. RESULTADOS Os testes realizados no transformador foram todos bem sucedidos (ensaio em vazio e curto-circuito). Os testes no módulo inversor são apresentados na tabela 2 à direita.

Como carga foram utilizadas resistências, condensadores e bobines. Os casos 1 a 6 foram realizados utilizando-se meio sistema, ou seja, apenas metade da potência. Com isso para cada fase foi utilizado apenas um enrolamento do transformador. Os demais casos foram realizados utilizando-se o sistema completo. Também foram realizados alguns ensaios de transitórios, como por exemplo a inserção de uma carga indutiva para simular a partida de um motor. As respostas do módulo inversor para esses ensaios foram muito boas, não apresentando nenhuma reacção fora do que era esperado. Para alguns casos também foi medida a distorção harmónica total (THD). Para o caso 12, por exemplo, a THD para corrente foi de 2,39% e para tensão foi de 2,16%. Através desses ensaios foi possível determinar o rendimento do módulo inversor juntamente com o transformador. O rendimento obtido está na faixa de: 29,86% para o caso 1 e 88,6% para o caso 12. Os casos 1 e 7 (vazio) não apresentam rendimento zero pois é gerada uma quantidade de corrente CA (alternada) para alimentar os equipamentos de medição e controle do inversor. O módulo inversor e o transformador se comportaram muito bem nesses ensaios realizados. Como a célula a combustível ainda não está montada ficam faltando os testes da célula isoladamente e os testes do sistema completo (célula a combustível + inversor + transformador). O primeiro módulo da célula (10kW) está previsto para ficar pronto no final de Julho de 2003. 7.9. SUMÁRIO FINAL As células a combustível apresentam uma ampla gama de utilização, como automóveis, geração distribuída, computadores portáteis, e outros equipamentos eléctricos. Como grande vantagem temos um nível muito baixo de emissões. Trata-se de uma tecnologia de grande potencial mundial e por isso o desenvolvimento de um protótipo nacional é de grande importância. 7.10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] BLOMEN L J M J, JOHANSON T B “Fuel Cells” Lund University Press 1989. [2] CLEGHORN S J C et all “PEM fuel cells for transportation and stationary power generation applications” Int Hydrogen Energy v 22, n 12, 1997. [3] Figueiredo, N. A. - Gas Net; www.gasnet.com.br/artigos/ artigos_view2.asp?cod=91&idio=1. [4] Silva, W. M.; Paula, P. P.; Janólio, G; Ebessui, A. e Ett, G. “Design and Operation of a Fuel Cell System Prototype for Electric Vehicles” EPE2001- European Power Electronics Conference. [5] NYSERDA New York State Research and Development Authority. “220 kW Fuel Cell Monitoring and Evaluation Program; Providing Independent Performance Data on Phosphoric cid Fuel Cells- Final Report 97-3” Fevereiro 1977 [6] Serra, E. T. “Uso de Células Combustíveis em Residências e Estabelecimentos Comerciais”. Revista Electricidade Moderna, Maio de 2003. FIM – caso de estudo 3------------------------------------------------------------------------

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Os casos de estudo que lhe apresentámos até agora trataram de estudos feitos acerca dos impactos da localização das unidades de GD bem como da fiabilidade e perdas que se obteriam nessas unidades, falaram-se também de analises técnicas e económicas que influenciam a viabilidade, ou não desses investimentos. A seguir trataram-se as células de combustíveis como sendo uma tecnologia que se virá a sobrepor a todas a outras pelas inúmeras vantagens que se conseguem obter. Depois disto, pensamos existir uma pergunta que certamente, mais cedo ou mais tarde ocorrerá no pensamento de todos os que pensarem nestes assuntos e que será; Como se fará a implantação destes sistemas de GD junto das redes de distribuição? É a esta pergunta que vamos tentar dar uma resposta usando o último caso de estudo. RESUMO (caso de estudo 4) A Geração Distribuída (GD) é analisada neste artigo segundo os principais objectivos do projecto: determinação do estado da arte das tecnologias de GD, vectores energéticos, reforma de gás natural, instalação de equipamentos, estudos relativos a planta baseada em células de combustível instalada no LACTEC e estudos de mercado. Além da análise mais ampla da Geração Distribuída, o artigo apresenta uma análise detalhada da tecnologia de células a combustível aplicada a GD. Em particular, são apresentados e discutidos os dados de instalação, operação e manutenção de uma planta de 200 kW alimentada com gás natural e conectada à rede de distribuição.

8. Implantação de Sistemas de Geração Distribuída Junto à Rede de Distribuição 8.1. INTRODUÇÃO

Durante a última década, os sectores de energia de diferentes países sofreram profundas transformações, com uma grande tendência à desverticalização e ao estímulo à descentralização da geração de energia. O Brasil seguiu a tendência mundial, reestruturando o sector eléctrico e as principais instituições relacionadas à geração, transmissão, distribuição, comercialização e regulação do sector, as quais sofreram profundas mudanças em suas atribuições e/ou funções. É nesse contexto que surgiu um interesse acentuado por Geração Distribuída, tema de pesquisa do presente projecto, o qual teve como principais objectivos, neste primeiro ciclo, determinar o estado da arte das tecnologias de geração distribuída, vectores energéticos, tecnologias empregadas em GD, estudos relativos à reforma de gás natural, instalação e estudos concernentes à célula a combustível instalada no Lactec e, finalmente, estudos de mercado. 8.2. A GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Geração Distribuída é a geração de energia por meio de pequenas unidades modulares situadas próximo ao local de consumo, podendo ser integrada à rede eléctrica ou funcionar independentemente da mesma. As primeiras geradoras de electricidade foram concebidas dentro deste conceito, rapidamente substituído, no início do século XX, pela geração centralizada, devido à competitividade económica da produção em escala. A partir dos anos 90 foi estabelecida a viabilidade técnica de novas tecnologias de geração de energia. Outros factores, como a disponibilidade de gás natural, a necessidade de modularidade, escassez de recursos para grandes projectos e o interesse por fontes mais limpas e confiáveis, entre outros, levaram a que o tema Geração Distribuída passasse a ser discutido intensamente nos EUA e Europa.

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Hoje, o grande desafio se concentra na introdução de fontes descentralizadas, a operar em conjunto com redes de distribuição e transmissão, tendo em vista os riscos (instabilidade do sistema, diminuição de mercado das grandes concessionárias) e oportunidades de negócios decorrentes.

A. Tecnologias Disponíveis

A tabela 1 apresenta as principais tecnologias utilizadas para Geração Distribuída, com as respectivas faixas de potência.

Características comuns a estas tecnologias são: modularidade, pouco tempo para instalação, operação em conexão com a rede. Várias destas tecnologias permitem a produção de calor concomitante com a energia eléctrica (CHP ou combined heat and power).

8.3. A GD E O PROJETO DE REESTRUTURAÇÃO DO SETOR ELÉCTRICO BRASILEIRO (RE-SEB)

As principais questões técnicas de GD tratadas no RE-SEB (1988) referem-se: aos custos de reforços à distribuição e contratos de uso do sistema de transmissão e distribuição e sinais disponíveis para serem requisitados no preço da distribuição. Os consultores do RE-SEB enumeram as opções para cada item e recomendam, quanto aos custos e contratos, que sejam adoptados limites para o porte máximo das novas instalações de geração, que poderiam estar conectadas em tensões de 138 kV, 69 kV, 34.5 kV, e 13.8 kV, o qual estaria em torno de 100 MW, 50 MW, 15 MW e 5 MW, respectivamente para as tensões mencionadas. Porém, recomendam que o limite deve basear-se em considerações técnicas sobre o impacto característico da exigência de investimentos no sector de distribuição, que os geradores de um determinado porte poderiam esperar, e levar em conta considerações sobre o fluxo de carga e o nível de falhas. Ainda recomendam que estes geradores recebam encargos de conexão "rasos", ou

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seja, os encargos de conexão relativos a uma eventual ampliação na rede são distribuídos proporcionalmente entre todos. Para os geradores que desejam conectar suas unidades com capacidades superiores aos limites destes níveis de tensão, recomenda-se que sejam obrigados a pagar encargos "profundos" de conexão, de forma a serem negociados com a empresa de distribuição local. Encargos "profundos" significam que o custo de uma eventual ampliação da rede deve ser pago pelo gerador que causou esta ampliação. Além disto, há a recomendação de que os consumidores paguem encargos de Uso do Sistema de Distribuição (USD) à distribuidora, para o ressarcimento das despesas "profundas" do reforço ao sistema. Actualmente, a inter conexão de uma unidade de Geração Distribuída é regulamentada pelas resoluções 281 e 286, de 1999, que estabelecem as condições gerais de acesso aos sistemas de transmissão e distribuição, bem como as tarifas de uso do sistema de distribuição. O RE-SEB (1998) também considera a sinalização contratável como um item bastante importante, penalizando os geradores instalados distantes das cargas e dando benefícios a todos que optam por mais próximo ligar-se a elas. Este tipo de sinal contratáveis torna mais barato o sistema de transmissão, uma vez que reduz as perdas e aumenta a capacidade relativa de transmissão das linhas. Temendo um efeito "pendular" em certas redes de pouca capacidade, foi recomendada a adopção de tarifa do tipo selo, como estímulo. O efeito "pendular" consiste em que certas redes inicialmente importadoras de energia, possuam um sinal nodal favorável aos geradores e, posteriormente, por estimular a entrada de muitos geradores, passem a ser exportadoras de energia, podendo reverter o sinal nodal que poderia afastar tais geradores. Para sistemas de GD, que possuem alta mobilidade quando comparado com grandes complexos de geração, o sinal nodal é uma excelente oportunidade, visto que ela pode aproveitar tal estímulo e localizar-se da melhor forma possível. Em contrapartida, a tarifa selo desfavorece a GD no sentido de não aproveitar o factor mobilidade que esta possa ter. Na actual conjuntura brasileira, a GD tem a vantagem de poder explorar as deficiências da transmissão. Para além de tudo isto, deve-se registrar a clara oportunidade que os sistemas isolados oferecem, sobretudo as regiões povoadas que, dentre muitas outras carências, necessita de um sistema de transmissão que os atenda. Dada a política social divulgada massivamente pelo novo governo, cujo mote é o da universalização do acesso à energia eléctrica, com facilidades de financiamento e outros benefícios fiscais que possam existir, a GD configura-se numa solução muito adequada.

8.4. CÉLULAS A COMBUSTÍVEL

As células de combustível (CaC) ganharam bastante destaque como fontes limpas de energia e pelo facto de serem utilizadas ainda hoje como a principal fonte de energia no programa espacial americano. Apesar da sua invenção ter ocorrido há mais de 160 anos, apenas nas últimas décadas foi demonstrada a sua viabilidade técnica. São dispositivos electroquímicos (possuem cátodo e ânodo separados por um electrólito, como já foi referido) e funcionam basicamente como de baterias se tratasse. Porém, substituindo a carga eléctrica pela alimentação de um combustível. Deste modo, produzem electricidade enquanto o combustível estiver disponível, o que implica na não dependência de fontes naturais de energia, como a luz solar, o vento e a disponibilidade de água. A eficiência não depende da potência e pode operar continuamente até a primeira manutenção programada. Como a reacção electroquímica é exotérmica, há calor em excesso que pode ser aproveitado para processo ou aquecimento (no caso das células de baixa temperatura de operação) ou para geração de electricidade em ciclo combinado (células de alta temperatura). As células ainda estão em desenvolvimento, mas já demonstram competitividade com outras tecnologias de GD.

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A. Principais Tecnologias de Células a Combustível

As células diferem umas das outras em função do electrólito utilizado, o qual define a sua temperatura de operação. Abaixo são listados os principais tipos de células: PEFC (polymer electrolyte fuel cell): célula de membrana polimérica, bastante interessante para automóveis e equipamentos portáteis devido à temperatura de operação (80 C). Estão em estágio para ser comerciável. PAFC (phosphoric acid fuel cell): a célula de ácido fosfórico é a única em estágio comercial (central de 200 kW alimentada com gás natural (GN). É bastante durável e robusta, mas o preço não caiu com a produção, como se esperava. MCFC (molten carbonate fuel cell): os carbonatos utilizados como electrólito são líquidos a temperaturas entre 600 e 7000 C, razão pela qual não necessitam de catalisadores caros. No entanto, apresenta problemas de corrosibilidade. SOFC (solid oxide fuel cell): são as células que operam a mais alta temperatura (acima de 8000 C), o que apresenta problemas de compatibilidade mecânica de materiais. Possuem grande potencial de aplicação estacionária devido à alta eficiência. AFC (alkaline fuel cell): as células alcalinas foram muito utilizadas no programa espacial americano. Como precisam de combustível (hidrogénio) e oxidante muito puros, não possui aplicação prática viável. DMFC (direct methanol fuel cell): esta célula possui o mesmo electrólito polimérico da PEFC, mas os eléctrodos possuem catalisadores capazes de oxidar o metanol. Possui um enorme potencial para equipamentos electrónicos, que poderiam ser alimentados com um cartucho de metanol. Todas as células utilizam hidrogénio como combustível, excepto a DMFC. As células de alta temperatura podem ser alimentadas com monóxido de carbono e permitem, em teoria, a utilização de hidrocarbonetos como vector primário, embora a tecnologia ainda esteja em desenvolvimento.

B. Produção de Hidrogénio para Uso em CaC

Embora muito abundante no planeta, o hidrogénio não se encontra livre e deve ser retirado de substâncias que o contenham, como a água e hidrocarbonetos. A electrólise é o meio mais limpo, principalmente se a electricidade for obtida de uma fonte renovável, como a hidro-electricidade, energia eólica ou foto voltaica. No entanto, a electrólise responde por apenas 4% da produção mundial de hidrogénio. O restante é obtido de hidrocarbonetos e do carvão. Os processos mais importantes são a reforma a vapor e a oxidação parcial. Do ponto de vista da utilização em células a combustível, principalmente as de baixa temperatura, a reforma a vapor é a mais interessante, pois apresenta uma maior eficiência na produção de hidrogénio e menor produção de CO e outros resíduos orgânicos. A reforma a vapor utiliza catalisadores e temperatura para combinar água, e um hidrocarboneto leve para produção de hidrogénio. A reforma do gás natural produz hidrogénio a partir da seguinte reacção global: CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 (1) No entanto, esta reacção dá-se em duas etapas principais: a primeira produzindo CO e H2 a uma temperatura aproximada de 8000 C, e a segunda (chamada de water-gas shift reaction) que combina CO e água para produzir o CO2 e hidrogénio adicional num segundo vaso de reacção.

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No caso do Brasil, a reforma do etanol é interessante e permitiria utilizar a rede de distribuição deste combustível em conjunto com células de combustível. A reacção alvo da reforma do etanol é:

C2H5OH + 3H2O 6H2 + 2 CO2 (2)

No entanto, o etanol é bem mais difícil de reformar que o metanol e o GN, apesar de ocorrer a menor temperatura. A razão é que há uma ligação C-C muito forte e que só pode ser quebrada por catalisadores especiais, normalmente com a produção de subprodutos indesejáveis, como o CO e outros hidrocarbonetos. C. Planta CaC instalada no LACTEC

A planta instalada no LACTEC é composta de dois módulos: o módulo de geração (que contém o reformador em dois estágios, a pilha de células e o conversor CC/CA) e o módulo de refrigeração. O procedimento de instalação é iniciado com a colocação da célula e dos ventiladores nas bases de betão. Na sequência são feitas as ligações para alimentação de água da osmose inversa. Montam-se as tomadas de ar que foram removidas para o transporte e em seguida são realizados os seguintes procedimentos:

• Conecta-se a célula aos ventiladores externos através da tubulação para refrigeração; • Conecta-se a alimentação de gás natural à entrada da célula; • Conecta-se a entrada de nitrogénio à célula; • Se existe um sistema para o aproveitamento do calor gerado pela célula, conecta-se a tubulação correspondente a este sistema (não é o caso do LACTEC); • Conectam-se as entradas e saídas (grid connected e grid indep.) de energia eléctrica à célula; • Aterram-se a célula, os tanques de nitrogénio, os ventiladores e o módulo de osmose reversa; • Carregam-se as resinas para purificação de água; • Colocam-se os filtros de água e ar.

A planta foi avaliada do ponto de vista da fiabilidade, eficiência, qualidade de energia e emissão de poluentes. Em pouco mais de um ano de operação (Abril de 2002 a Maio de 2003) a planta operou 9.800 horas, tendo gerado 876 MWh e consumido 293 m3 de GN (30% de eficiência eléctrica global). A Central sofreu neste período 8 interrupções de curta duração com retorno automático, devido a oscilações de tensão e frequência da rede. Houve duas interrupções graves (shutdowns), ambas por falha de equipamento: sobreaquecimento do reformador (sem causa aparente e ainda em análise) e falha da válvula de entrada de ar e gás. A eficiência global, definida como a energia eléctrica gerada, dividida pelo poder calorífico inferior o GN consumido, não demonstra a realidade de desempenho da Central, uma vez que, por se tratar de uma Central de teste, é normal deixá-la a operar em stand-by, quando há consumo de GN mas a energia eléctrica não é aproveitada. Deste modo, foi medida a eficiência pontual, a partir da avaliação durante um dia de funcionamento, monitorizando a geração de energia e o consumo de GN. Além disso, a energia térmica rejeitada foi calculada, a partir da medição do fluxo de líquido refrigerante, diferença de temperatura na entrada e saída do refrigerante e do calor específico. O resultado obtido foi o seguinte:

• Período de medição: 25 horas; • Energia eléctrica: 2.500 kWh (potência = 100 kW); • Energia térmica: 2.160 kWh; • Consumo de GN: 655,31 m3; • Eficiência Eléctrica: 37,9%; • Eficiência Total: 70,7%.

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Os dados obtidos referentes à Qualidade de Energia (QEE), são sumariados na tabela 2. A avaliação foi feita com a Central a gerar energia para o LACTEC e para a rede, e também de forma desconectada do LACTEC. Observa-se que as tensões RMS e as potências reactivas não sofreram influência da célula. As correntes e potências activas, bem como a distorção total harmónica de tensão, sofreram apenas uma pequena influência da Central. A distorção total harmónica de corrente e o factor de potência sofreram, estas sim, uma forte influência da Central, sendo que os parâmetros pioram em baixa potência de operação, mantêm-se constantes a 100 kW e melhoram em plena carga.

As emissões de poluentes também foram medidas. A figura 1 mostra o resultado em função da potência para alguns poluentes e CO2.

É de todo o interessante notar que após a mudança de potência ocorre um pico de emissão muito superior à linha base de emissão, com duração de alguns minutos. Este comportamento não foi observado no caso do NOx. A curva base dos poluentes foi utilizada para determinar a emissão em regime. Os dados são apresentados na tabela 3.

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8.5. CONCLUSÕES

Neste artigo foram apresentadas as principais conclusões obtidas pela aplicação do primeiro ciclo do Projecto de P&D "Implantação de Sistemas de Geração Distribuída Junto à Rede de Distribuição", o qual vem sendo executado pelas equipes do Instituto Tecnológico para o Desenvolvimento (LACTEC) e a Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Além da análise mais ampla da Geração Distribuída, com enfoque à reestruturação do Sector Eléctrico Brasileiro, o artigo apresentou uma análise detalhada da tecnologia de células a combustível. Em particular, foram apresentados e discutidos os dados de instalação, operação, manutenção e qualidade de energia de uma planta de 200 kW alimentada com gás natural e conectada à rede de distribuição.

8.6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] E. P. Silva, J. C. Camargo, I. R. A Carolino, "Reforma do Etanol e sua Aplicação em Células a Combustível," in Proc. 2002, IX Congresso Brasileiro de Energia, Sociedade Brasileira de Planeamento Energético, v.4. pp. 1736 - 1741. [2] E. P. Silva, Introdução a Tecnologia e Economia do Hidrogénio. Campinas: Editora da UNICAMP, Campinas, 1991, 204 p. [3] T. Ackerman, A. Goran and A. Soder, "Distributed generation: a definition," Electric Power Systems Research, 57, pp. 195-204. [4] J. C. B. Silva, N. Kagan, M. E. M. Udaeta, A. L. V. Gimenes, "Introdução da geração distribuída no planeamento energético", in Proc. 2002 IX Congresso Brasileiro De Energia, Sociedade Brasileira de Planeamento Energético, v. 2, p. 795-799. [5] J. C. B. Silva, "Optimização de sistemas de distribuição Utilizando Geração Distribuída," Tese de Doutorado, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 2002. [6] N. R. C. Fernandes Machado, M. Schmal, M. P. Cantão, R. C. P. Rizzo, L. Valgas, V. Calsavara, F. Takahashi, A. A. Almeida, F. R. de Melo, M. A. Zschornack, A. N. Bessani, R. M. O. Rodrigues, "Hydrogen Generation from Bioethanol Reforming: Bench-Scale Unit Performance with Cu/Nb2O5 Catalyst," apresentado na Hydrogen and Fuel Cells Conference and Trade Show, Vancouver, Canadá, 2003.

FIM – caso de estudo 3------------------------------------------------------------------------

Tínhamos outros casos de estudo para apresentar, também eles de interesse para esta questão de GD, no entanto o trabalho já vai algo longo e por isso decidimos acrescentar esses casos de estudo em anexo. De Seguida vamos apresentar alguns casos concretos de implementação desta tecnologia de GE.

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9 – Resumo da legislação associada com a produção distribuída de energia eléctrica As energias renováveis e a cogeração vão assumido cada vez mais um papel importante nos nossos dias. Por esse mesmo motivo temos vindo a assistir a alterações constantes da legislação sobre esta matéria de forma a motivar a implementação deste tipo de energias. No entanto, muitas têm sido as barreiras que tem evitado uma maior penetração das energias renováveis e da cogeração, sendo algumas delas impostas pela própria legislação, com é o caso do decreto-lei n.º 168/99, de 18 Maio, decreto-lei n.º 538/99 de 13 de Dezembro e decreto-lei nº 339-C/2001. As regras aplicáveis à produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis e à produção combinada de calor e electricidade foram primeiramente estabelecidas pelo decreto-lei nº 189/88, de 27 de Maio. Posteriormente com a aprovação em Julho de 1995, do conjunto de diplomas que deram origem ao novo enquadramento jurídico do Sistema Eléctrico Nacional, a produção combinada de calor e electricidade passou a reger-se pelo decreto-lei nº 186/95, de 27 de Julho. Com o objectivo de adequar as disposições do decreto-lei nº 189/88 a esse novo enquadramento, foi aprovado o decreto-lei nº 313/95, de 24 de Novembro. Contudo, nos anos seguintes, o sector energético de uma forma geral e o sector eléctrico de uma forma particular, tem sofrido profundas transformações, nomeadamente a criação de um mercado interno de energia e as crescentes preocupações com a defesa do meio ambiente. Para fazer face a estes aspectos foi aprovado o decreto-lei nº 168/99, de 18 Maio e nº 189/88, de 27 de Maio, com a redacção que lhe foi dada pelo decreto-lei nº 313/95, de 24 de Novembro. O objecto deste decreto-lei foi dar um novo impulso ao desenvolvimento dos recursos renováveis, contribuindo para uma mais ampla utilização das fontes endógenas de energia e permitindo uma maior articulação entre politicas da energia e ambiente. De referir que este decreto-lei tem como anexos: Anexo I – Regulamento para Autorização das Instalações de Energia Eléctrica Integradas no Sistema Eléctrico Independente e Baseadas na Utilização de Recursos Renováveis; e o Anexo II – Tarifação. Estes textos são anexos do decreto-lei nº 168/99 revistos. Pelas mesmas razões foi aprovado o decreto-lei nº 538/99 de 13 de Dezembro relativo à produção combinada de calor electricidade. Entretanto verificou-se que o desenvolvimento esperado para a concretização de novas instalações não aumentou conforme o esperado, pelo que este decreto foi revisto através do decreto-lei nº 313/2001 de 10 de Dezembro, 339-C/2001 de 29 de Dezembro e a portaria 57/2002 de 15 de Janeiro que introduziram algumas alterações. Em 16 de Fevereiro de 2005 foi publicado o decreto-lei n.º 33-A/2005, que altera o decreto-lei nº 189/88, de 27 de Maio, revendo os factores para cálculo do valor da remuneração pelo fornecimento da energia produzida em centrais renováveis entregue à rede do Sistema Eléctrico Português (SEP) e definindo procedimentos para atribuição de potência disponível na mesma rede e prazos para obtenção da licença de estabelecimento para centrais renováveis. A actividade de produção de energia eléctrica que se integre, nos termos do decreto-lei n.º 182/95, de 27 de Julho, no Sistema Eléctrico Independente (SEI), mediante a utilização de recursos renováveis ou recursos industriais, agrícolas ou urbanos pode ser exercida por pessoas singulares ou colectivas, públicas ou privadas, independente da forma jurídica que assumam. Quando se trate de aproveitamento hidroeléctrico, a potência instalada no seu conjunto está limitada a 10MW. Encontra-se também em vigor o POE – Programa Operacional de Economia (2000 – 2006) que possui como uma das suas medidas a promoção do aproveitamento energético e racionalização de consumos. Nesse âmbito foi publicado o Regulamento de Execução da Media de Apoio ao à produção de energia recorrendo a recursos energéticos endógenos, limpos e renováveis, para incentivar uma utilização cada vez lais racional da energia, para minimizar os impactos ambientais decorrentes da produção e consumo de energia, e para reduzir a dependência externa do sistema energético nacional. Assim, são sustentáveis de apoio do MAPE os projectos que visem a produção

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de energia com base na utilização de energias renováveis inseridos na subclasse 40101 da CAE (Classificação Portuguesa das Actividades Económicas), ou seja produção de electricidade, e os projectos que visem a utilização racional de energia através de instalação de sistemas de cogeração à excepção dos projectos abrangidos no âmbito do Sistema de Incentivos à Modernização Empresarial – SIME, criado nos termos da portaria n.º 687/2000 de 31 de Agosto. Neste programa incluem-se os projectos de investimento referentes à eficiência energética, entre os quais os projectos de cogeração desde que se trate de pequenas produções de energia essencialmente para consumo próprio. As entidades beneficiárias do MAPE são as empresas e ainda para projectos de instalações de cogeração as câmaras municipais, associações empresariais e sindicais, estabelecimentos de ensino, de saúde e acção social e entidades que desenvolvam actividades de protecção civil. Com o objectivo de reforçar o apoio à introdução das energias renováveis, a cogeração e de formas de utilização racional e eficiente da energia, foi aprovado o Programa E4 – Eficiência Energética e Energias Endógenas. No âmbito deste programa foram aprovados vários decretos-lei que visam reforçar medidas anteriormente apontadas. Destes já foram publicados em Diário da República os seguintes:

- Decreto-lei n.º 312/2001, de 10 de Dezembro - define as condições de atribuição e gestão de pontos de interligação de Produtores em regime Especial, no âmbito do Sistema Eléctrico Independente e entretanto;

- Decreto-lei n.º 313/2001 de 10 de Dezembro - revê o decreto-lei n.º 538/99 de 13 de Dezembro, no que respeita às condições de exploração e tarifárias da actividade de cogeração.

- Decreto-lei n.º 339-C/2001, de 29 de Dezembro - revê o decreto-lei n.º 189/88 de 27 Maio com a redacção de 168/99 de 18 de Maio, no que respeita às condições de remuneração da actividade de produção renovável. Este decreto-lei define a remuneração a atribuir às autarquias pela instalação, nos respectivos concelhos de centrais eólicas.

Foi aprovado ainda uma Portaria que revê a Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energético e Racionalização de Consumos (MAPE), alterando deste modo a Portaria n.º 198/2001 de 13 de Março. Nos últimos dez anos, a legislação portuguesa estabeleceu dois regulamentos térmicos que visam a melhoria dos edifícios, quer em termos da qualidade da envolvente, quer em termos dos respectivos sistemas energéticos de climatização, que foram importantes instrumentos na melhoria das condições de conforto e da eficiência energética do parque nacional construído:

- Decreto-Lei 40/90, de 6 de Fevereiro - "Regulamento das Características do Comportamento Térmico dos Edifícios" (RCCTE), visa directamente a melhoria da qualidade térmica da envolvente dos edifícios, no sentido da "melhoria das condições de conforto sem acréscimo do consumo de energia". Ainda que considerado bastante moderado em termos de exigência, teve um impacto significativo na forma de construir em Portugal levando a que a maioria dos edifícios já utilizem isolamentos térmicos, o vidro duplo passou a ser a norma nas boas construções e, sobretudo, os utilizadores já perguntam por estes pormenores quando adquirem um edifício ou apartamento.

- Decreto-Lei 118/98, de 7 de Maio - "Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios" (RSECE), visa fundamentalmente os edifícios com sistemas, de forma a melhorar a sua eficiência energética. Este regulamento estabelece um conjunto de regras de modo que "as exigências de conforto e de qualidade do ambiente impostas no interior dos edifícios, possam vir a ser asseguradas em condições de eficiência energética".

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Recentemente, em Janeiro de 2005 foi aprovada uma nova legislação em que todos os edifícios novos que forem construídos em Portugal deverão obrigatoriamente ter aquecedores solares para a água, sempre que tecnicamente viável. A medida, destinada a impulsionar o débil crescimento da utilização da energia solar térmica no país, é a principal novidade de um pacote legislativo que vem sendo elaborado há anos, relativo à eficiência energética dos edifícios e à qualidade do ar interior. A obrigatoriedade do uso de painéis solares foi incluída na revisão do Regulamento das Características de Comportamento Técnico dos Edifícios (RCCTE), que é uma das três peças que compõem o pacote legislativo. "O recurso a sistemas de colectores solares térmicos para aquecimento de água sanitária nos edifícios abrangidos pelo RCCTE é obrigatório sempre que haja uma exposição solar adequada". O RCCTE aplica-se aos edifícios novos de habitação e também aos de serviços que não tenham sistema central de climatização. As suas normas também valem para grandes remodelações de edifícios já existentes. Na prática, os colectores solares serão obrigatórios em prédios ou moradias cujo telhado esteja genericamente orientado para Sul, desde que não estejam na sombra nas horas de maior insolação. Em alternativa aos painéis para aquecer a água os edifícios podem optar por outras formas renováveis de energia com capacidade equivalente. A recurso à energia solar é uma das apostas do país para reduzir a dependência energética em relação ao petróleo e para limitar as emissões de dióxido de carbono - um dos gases com efeito de estufa que estão a acelerar o aquecimento da Terra. O Programa Água Quente Solar, aprovado há cerca de três anos, previa, até 2010, dotar Portugal com um milhão de metros quadrados de painéis solares. No que respeita a questões ambientais, dependendo da natureza, dimensão e localização das instalações, importa referir, nomeadamente: o Impacte Ambiental (Decreto-Lei nº. 69/2000, de 3 de Maio), o Regulamento Geral do Ruído (Decreto-Lei nº. 292/2000, de 14 de Novembro), a emissão de poluentes (Portaria nº. 1058/94, de 2 de Dezembro e Portaria nº. 268/93, de 12 de Março), e a autorização para a queima de resíduos (Decreto-Lei nº. 239/97, de 9 de Setembro e Decreto-Lei nº. 273/98, de 2 de Setembro). A Agência Internacional de Energia através do seu Programa Aquecimento e Arrefecimento Solar (SHC - Solar Heating and Cooling) e as principais associações industriais de energia solar europeias e canadiana, acordaram, à semelhança do que no passado foi feito para o solar fotovoltaico, num valor do coeficiente de potência térmica por unidade de área de colector solar térmico. decreto Lei nº 33-A/2005 de 16 de Fevereiro Altera o Decreto Lei nº 189/88, de 27 de Maio, revendo os factores para cálculo do valor da renumeração pelo fornecimento da energia produzida em centrais renováveis entregue à rede do Sistema Eléctrico Português (SEP) e definindo procedimentos para a atribuição de potência disponível na mesma rede e prazos para aobtenção de licença de estabelecimento para centrais renováveis. (DR nº33, I-A, Sup.)

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10 – Conclusões

Perante uma situação em que a ciência tem nas últimas décadas vindo a indicar a necessidade de uma grande mudança no nosso comportamento perante o planeta onde todos habitamos. Mas apesar destes avisos a tendência é exactamente contrária pois a população que tem a capacidade de implementar estas alterações de modo a diminuir o impacto de cada indivíduo no ambiente esta na realidade diariamente a aumentar o seu consumo. E os números são deveras impressionantes, 21% da população mundial consome 70% das fontes convencionais de energia. O consumo de energia continuar a aumentar e os portugueses continuam a ser um “mau” exemplo como se pode ver na Ilustração 9 - Taxa de crescimento do consumo de energia eléctrica (Tep/PIB), mas existe já uma tendência para a diminuição, mesmo em grandes países europeus como a Alemanha e a França.

Ilustração 9 - Taxa de crescimento do consumo de energia eléctrica (Tep/PIB)

Mas não nos podemos apenas olhar para a Europa, pois na realidade o consumo de combustíveis fosseis têm continuado a aumentar, devido às grandes potências em ascensão económica como a China, a Índia entre outros países asiáticos que na realidade estão a gerar o grande aumento dos preços do petróleo. E agora chegamos provavelmente ao que é na realidade o principal motivo para o desenvolvimento de alternativas para a geração de energia eléctrica. O preço do petróleo está a atingir diariamente valores históricos e qualquer problema em zonas onde este “ouro negro” se encontre resulta num caos nas várias bolsas mundiais.

Ilustração 10 - Capacidade instalada de energias renováveis nos EUA

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Esta dependência do petróleo e do seu preço está a levar cada vez mais ao incentivo de outros modelos de geração de energia com uma melhor e mais eficaz utilização dos recursos disponíveis. Aqui entra a Geração Distribuída de Energia Eléctrica pois não só resolve o problema dos tempos mortos existentes nas fontes de energia renováveis, proporciona uma maior flexibilidade ao modo como a energia vai do Produtor ao Consumidor que vai ter de ser gerida em tempo real onde as grandes centrais se ajustam conforme o nível das ER e por fim tem a possibilidade de reduzir significativamente as perdas associadas ao transporte de grandes quantidades de energia. Haveria ainda muito mais para referir neste trabalho mas tentamos focar os pontos que tanto presentemente para o nosso país podem e devem ser aplicados. Não quisemos deixar de mencionar quais as tecnologias que no futuro esperamos que venham a substituir os combustíveis fósseis e de dar uma ideia geral do panorama em que a Geração Distribuída de Energia se pode enquadrar.

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[a] – Cooling heating and power for buildings: http://www.bchp.org/status-2-public.html[b] – Combustion and Gasification of Agricultural Biomass - Technologies and Applications (Pela comissão Europeia: THERMIE) [c] – Ministério da Economia, Política de Desenvolvimento de energias Renováveis em Portugal – Contratos de Incentivo à Energia Eólica, 18 de Maio de 2004 [d] – Tecnologias de micro-geração e sistemas periféricos – 5 Micro-Turbinas Eólicas [e] – Portal das ER:http://www.energiasrenovaveis.com/html/energias/solar_tecnologias.asp

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ANEXO I: Lista da legislação relevante para a GD Produção de Energia:

Decreto Lei nº 33-A/05 de 16 de Fevereiro I Série A 16-Fev-05

Altera o anexo II do Decreto Lei nº189/88 de 27 de Maio, na redacção que lhe foi dada pelo Decreto Lei nº168/99 de 18 de Maio, alterada pelo Decreto Lei n. 339-C/01 de 29 de Dezembro, relativo à produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis

Despacho nº 500-A/05 de 07 de Janeiro II Série 7-Jan-05 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Janeiro-2005

Despacho nº 26388-A/04 de 21 de Dezembro

II Série 21-Dez-04 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Janeiro-2005

Despacho nº 17779/04 de 26 de Agosto II Série 26-Ago-04 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Setembro-2004

Despacho nº 15231/04 de 29 de Julho II Série 29-Jul-04 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 58-59-60/2002 para o ano 2004 Despacho nº 15232/04 de 29 de Julho II Série 29-Jul-04 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 57/2002 para o ano 2004

Portaria nº 440/04 de30 de Abril I Série B 30-Abr-04

Alterações à parcela PVC da Portaria nº60/2002 e correcções de inexactidões detectadas nas Portarias nº 57/2002, 58/2002, 59/2002 e 60/2002

Despacho nº 8566/04 de 28 de Abril II Série 28-Abr-04 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Maio-2004

Directiva nº 2004/08/CE de 11 de Fevereiro

Directiva 11-Fev-04Directiva relativa à promoção de Cogeração com base na procura de calor útil no mercado interno de energia e que altera a Directiva 92/42/CEE

Despacho nº 25094/03 de 31 de Dezembro II Série 31-Dez-03 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Janeiro-2004

Despacho nº 21125/03 de 03 de Novembro II Série 3-Nov-03 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 58-59-60/2002 para o ano 2003 Despacho nº 21124/03 de 03 de Novembro II Série 3-Nov-03 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 57/2002 para o ano 2003 Despacho nº 16568/03 de 26 de Agosto II Série 26-Ago-03 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Setembro-2003

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Directiva nº 2003/54/CE de 26 de Junho

Directiva 26-Jun-03 Directiva relativa às regras comuns para a produção, transporte, e fornecimento de electricidade.

Despacho nº 8446-B/03 de 30 de Abril II Série 30-Abr-03 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Maio-2003

Despacho nº 27415-A/02 de 31 de Dezembro

II Série 31-Dez-02 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Janeiro-2003

Despacho nº 18517/02 de 22 de Agosto II Série 22-Ago-02 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Setembro-2002

Portaria nº 764/02 de1 de Julho I Série B 1-Jul-02

Estabelece a fórmula de cálculo da remuneração da energia entregue à rede pelas instalações de produção de energia eléctrica em baixa tensão

Guia DGE de 28 de Junho de 2002 DGE 28-Jun-02

Guia para aceitação e reconhecimento de auditores para a realização de auditorias energéticas às instalações de cogeração

Despacho nº 9274/02 de 7 de Maio II Série 7-Mai-02 PIP para Ligação à rede do SEP: 1-15 Maio-2002

Despacho nº 9148/02 de 4 de Maio II Série 4-Mai-02 Clarificação da interpretação dos procedimentos previstos

no Decreto Lei nº 312/2001

Portaria nº 399/02 de 18 Abril I Série B 18-Abr-02

Estabelece normas relativas à exploração de Centrais de Cogeração (Auditorias Energéticas e Contagem Virtual de Energia Eléctrica)

Decreto Lei nº 97/02 de 12 de Abril I Série A 12-Abr-02 Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos

Despacho nº 7128/02 de 8 de Abril II Série 8-Abr-02 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 58-59-60/2002 para o ano 2002 Despacho nº 7127/02 de 8 de Abril II Série 8-Abr-02 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 57/2002 para o ano 2002 Despacho nº 6841/02 de 03 de Abril II Série 3-Abr-02 Aprova o Manual de Referência para a realização de

Auditorias Energéticas às instalações de cogeração Manual DGE nº 78/02 de 26 de Março DGE 26-Mar-02 Manual de Referência para a realização de auditorias

Energéticas às instalações de Cogeração Decreto Lei nº 68/02 de I Série A 25-Mar-02 Regula a actividade de produção de energia eléctrica em

67

25 de Março BT destinada predominantemente a consumo próprio Declaração de Rectificação nº 8-L/02 de 28 Fevereiro

II Série 28-Fev-02 Rectificação da Portaria nº 60/2002 de 15 de Janeiro de 2002

Declaração de Rectificação nº 8-J/02 de 28 Fevereiro

II Série 28-Fev-02 Rectificação da Portaria nº 58/2002 de 15 de Janeiro de 2002

Declaração de Rectificação nº 8-I/02 de 28 Fevereiro

II Série 28-Fev-02 Rectificação da Portaria nº 57/2002 de 15 de Janeiro de 2002

Declaração de Rectificação nº 8-G/02 de 28 Fevereiro

II Série 28-Fev-02 Rectificação da Portaria nº 59/2002 de 15 de Janeiro de 2002

Portaria nº 62/02 de 15 de Janeiro I Série B 16-Jan-02 Estabelece o valor das cauções previstas nos Artigos 11º,

12º e 17º do Decreto-Lei nº 312/2002

Portaria nº 60/02 de 15 de Janeiro I Série B 15-Jan-02

Estabelece a fórmula de cálculo da remuneração da energia entregue à rede pelas instalações de Cogeração que sejam utilizadoras de energia primária que, em cada ano, seja constituída em mais de 50% por recursos renováveis

Portaria nº 59/02 de 15 de Janeiro I Série B 15-Jan-02

Estabelece a fórmula de cálculo da remuneração da energia entregue à rede pelas instalações de Cogeração a Fuel-Óleo com qualquer potência de ligação

Portaria nº 58/02 de 15 de Janeiro I Série B 15-Jan-02

Estabelece a fórmula de cálculo da remuneração da energia entregue à rede pelas instalações de Cogeração a Gás Natural com potência de ligação inferior a 10MWe

Portaria nº57/02 de 15 de Janeiro I Série B 15-Jan-02

Estabelece a fórmula de cálculo da remuneração da energia entregue à rede pelas instalações de Cogeração a Gás Natural com potência de ligação superior a 10MWe

Portaria nº 1467-C/01 de 15 de Janeiro I Série B 31-Dez-01

Definição das taxas aplicadas à atribuição de Pontos de Interligação definidas no Decreto Lei n312/01 de 10 de Dezembro

Decreto Lei nº 339-C/01 de 29 de Dezembro

I Série A 29-Dez-01Revê o Decreto Lei nº168/99 de 18 de Maio, relativo à produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis

Decreto Lei nº 313/01 de 10 de Dezembro I Série A 10-Dez-01 Revê o Decreto Lei da Cogeração nº538/99 de 13 de

Dezembro Decreto Lei nº 312/01 I Série A 10-Dez-01 Estabelece as disposições aplicáveis à gestão da

68

de 10 de Dezembro capacidade de recepção de energia Eléctrica nas redes do SEP

Portaria nº 525/2001 de 25 de Maio I Série B 25-Mai-01

Estabelece o Tarifário aplicável às instalações de cogeração, que sejam utilizadoras de energia primária que, em cada ano, seja constituída em mais de 50% por recursos renováveis

Despacho nº 10418/01 de 18 de Maio II Série 18-Mai-01 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 31/2000 Despacho nº 10419/01 de 18 de Maio II Série 18-Mai-01 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 30/2000 Despacho nº 4463/00 de 25 de Fevereiro II Série 25-Fev-00 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 31/2000 Despacho nº 4464/00 de 25 de Fevereiro II Série 25-Fev-00 Definição dos índices de referência constantes na Portaria

nº 30/2000

Portaria nº 30/00 de 27 de Janeiro I Série B 27-Jan-00

Define o tarifário de venda de energia eléctrica pela instalação de cogeração com potências menores a 10 MWe à rede do SEP

Portaria nº 31/00 de 27 de Janeiro I Série B 27-Jan-00

Define o tarifário de venda de energia eléctrica pela instalação de cogeração com potências superiores a 10 MWe à rede do SEP

Decreto Lei nº 538/99 de 13 de Dezembro I Série A 12-Dez-99 Estabelece as regras aplicáveis à produção combinada de

calor e electricidade - Cogeração

Decreto Lei nº 168/99 de 18 de Maio I Série A 18-Mai-99

Estabelece as regras aplicáveis à produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis e à produção combinada de calor e electricidade

Decreto Lei nº 24/99 de 28 de Janeiro I Série A 28-Jan-99

Revoga o nº1 do artigo 27º do Decreto Lei nº 182/95, de 27 de Julho, que estabeleceu as bases da organização do Sistema Eléctrico Nacional

Decreto Lei nº 56/97 de 14 de Março I Série A 14-Mar-97

Revê a legislação do Sector Eléctrico Nacional. Altera os Decretos Lei nº 182/95, 183/95, 184/95, 185/95 e 186/95, todos de 27 de Julho e o Decreto Lei nº189/88, de 27 de Maio. Revoga o Decreto Lei nº 188/95, de 27 de Julho

Portaria nº 347/96 de 8 de Agosto I Série B 8-Ago-96

Estabelece as disposições técnicas e de segurança relativas ao estabelecimento e exploração das instalações de cogeração

Decreto Lei nº 313/95 de 34 de Novembro I Série A 24-Nov-95

Altera o Decreto Lei nº189/88, de 27 de Maio (estabelece medidas relativas à actividade de produção de energia por pessoas singulares ou colectivas e de direito público ou

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privado)

Decreto Lei nº 186/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95

Estabelece as regras aplicáveis à produção de energia eléctrica a partir de recursos renováveis e à produção combinada de calor e electricidade

Decreto Lei nº 182/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95 Estabelece as bases de organização do Sistema Eléctrico

Nacional

Decreto Lei nº 183/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95

Estabelece o regime jurídico do exercício da actividade de produção de energia eléctrica no âmbito do Sistema Eléctrico de Serviço Público (SEP) e do Sistema Eléctrico não Vinculado (SENV)

Decreto Lei nº 184/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95

Estabelece o regime jurídico do exercício de actividade de distribuição de energia eléctrica no âmbito do Sistema Eléctrico de Serviço Público (SEP) e do Sistema Eléctrico não Vinculado (SENV)

Decreto Lei nº 185/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95

Estabelece o regime jurídico do exercício de actividade de transporte de energia eléctrica no Sistema Eléctrico Nacional (SEN) e aprova as bases de concessão da Rede Nacional de Transporte de Energia Eléctrica (RNT)

Decreto Lei nº 187/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95 Cria a Entidade Reguladora do Sector Eléctrico

Decreto Lei nº 188/95 de 27 de Julho I Série A 27-Jul-95

Estabelece as disposições relativas à constituição, organização e funcionamento da Entidade de Planeamento do Sistema Electroprodutor

Decreto Lei nº 100/91 de 2 de Março I Série A 2-Mar-91 Regulamente o regime jurídico do exercício da actividade

de produção de energia eléctrica Decreto Lei nº 99/91 de 2 de Março I Série A 2-Mar-91 Estabelece o regime jurídico do exercício das actividades

de produção, transporte e distribuição de energia eléctrica

Portaria nº 416/90 de 6 de Junho I Série 6-Jun-90

Estabelece as cláusulas a que devem obedecer os contratos de fornecimento de energia entre o produtor e a entidade exploradora da rede pública

Portaria nº 305/90 de 18 de Abril I Série 18-Abr-90

Fixa a necessária correspondência entre o disposto nos artigos 22º e 23º do Decreto Lei nº189/98, de 27 de Maio, e o regime de preços de energia eléctrica consubstanciado no sistema tarifário celebrado por convenção

Decreto Lei nº 189/88 de 27 de Maio I Série A 25-Mai-88 Define as regras aplicáveis à produção de energia

eléctrica Decreto Lei nº 20/81 de 28 de Janeiro I Série 28-Jan-81 Cria a figura de autoprodutor de energia eléctrica

70

71

Combustíveis: Directiva nº 2003/55/CE de 26 de Junho

Directiva 26-Jun-03Directiva relativa ao estabelecimento das regras comuns para o mercado interno de gás natural e que revoga a Directiva 98/30/CEE

Decreto Lei nº 14/01 de 27 de Janeiro

Directiva 27-Jan-01 Transposição da Directiva 98/30/CE - regras comuns para mercado GN

Ar e Efluentes Gasosos: Portaria nº 121/05 de 31 de Janeiro I Série B 31-Jan-05 Fixa as metodologias de monitorização que são

aprovadas pelo Instituto do Ambiente

Portaria nº 120/05 de 31 de Janeiro I Série B 31-Jan-05 Aprova o modelo de pedido de título de emissão de

gases com efeito de estufa

Portaria nº 119/05 de 31 de Janeiro I Série B 31-Jan-05 Aprova o modelo de pedido de agrupamento de

instalações

Portaria nº 118/05 de 31 de Janeiro I Série B 31-Jan-05

Fixa os emolumentos a colocar pelo Instituto do Ambiente no âmbito do processo de atribuição de títulos de emissão de gases com efeito de estufa e respectiva actualização

Decreto Lei nº 243-A/04 de 31 de Dezembro I Série A 31-Dez-04

Altera o regime do Comércio de licenças de emissões de gases de estufa na Comunidade Europeia aprovado pelo DL nº233/2004, de 14 Dezembro

Decreto Lei nº 233/04 de 14 de Dezembro I Série A 14-Dez-04 Estabelece o regime de comércio de licenças de emissão

de gases de efeito de estufa na Comunidade Europeia

Decreto Lei nº 78/04 de 3 de Abril I Série A 3-Abr-04

O presente diploma estabelece o regime da prevenção e controlo das emissões de poluentes para a atmosfera, fixando os princípios, objectivos e instrumentos apropriados à garantia de protecção do recurso natural ar

Decreto Lei nº 320/03 de 20 de Dezembro I Série A 20-Dez-03

A preservação da qualidade do ar ambiente, no que respeita ao ozono, nos casos em que esta seja adequada, e a sua melhoria, nos restantes casos

Directiva 2003/87/CE de 13 de Outubro Directiva 13-Out-03

Relativa à criação de um regime de comércio de licenças de emissão de gases com efeito de estufa na Comunidade e que altera a Directiva 96/61/CE do Conselho

Decreto Lei nº 193/03 de 22 de Agosto I Série A 22-Ago-03

O presente diploma fixa os tectos de emissão nacionais de determinados poluentes atmosféricos, tomando como referência os anos de 2010 e 2020, transpondo para a ordem jurídica nacional a directiva nº2001/81/CE

Decreto Lei nº 178/03 de 05 de Agosto I Série A 5-Ago-03

Estabelece limitações às emissões para a atmosfera de certos poluentes provenientes de grandes instalações de combustão

Decreto Lei nº 113/03 de 04 de Junho I Série A 4-Jun-03 Instituto do Ambiente

Directiva 2002/03/CE de 5 de Fevereiro Directiva 12-Fev-03 Directiva relativa ao Ozono no Ar ambiente

Decreto Lei nº 111/02 de 18 de Abril I Série A 18-Abr-02 Valores limite para as concentrações de determinados

poluentes no ar

72

Decreto Lei nº 07/02 de 25 de Março I Série A 25-Mar-02 Alterações Climáticas - Protocolo de Quioto

Directiva 2001/81/CE de 23 de Outubro Directiva 23-Out-01

Directiva relativa ao estabelecimento de valores limite nacionais de emissão de determinados poluentes atmosféricos

Decreto Lei nº 1047/01 de 1 de Setembro I Série B 1-Set-01 Economias abrangidas pelo Decreto Lei nº194/2000 de

21 de Agosto

Decreto Lei nº 242/01 de 31 de Agosto I Série A 31-Ago-01 Redução dos efeitos directos e indirectos das emissões

de Compostos Orgânico Voláteis para o ambiente

Portaria nº 1252/01 de 20 Julho II Série 20-Jul-01 Comissão Consultiva para a Prevenção e Controlo

Integrados da Poluição

Directiva 2002/69/CE de 16 de Novembro Directiva 16-Nov-00 Directiva relativa a valores limites para o benzeno e

monóxido de carbono no ar ambiente

Decreto Lei nº 281/00 de 10 de Novembro I Série A 10-Nov-00 Estabelece os limites de teor de Enxofre de determinados

tipos de combustíveis líquidos derivados do petróleo

Decreto Lei nº 194/00 de 21 de Agosto I Série A 21-Ago-00

Transpõe para ordem jurídica nacional a Directiva 96/61/CE, relativa à Prevenção e Controlo Integrado da Poluição (IPPC)

Decreto Lei nº 69/00 de 3 de Maio I Série A 3-Mai-00 Aprova o regime jurídico da avaliação de Impacte

Ambiental

Decreto Lei nº 276/99 de 23 de Julho I Série A 23-Jul-99

Transpõe para ordem jurídica nacional a Directiva 96/62/CE, relativa à avaliação e gestão da qualidade do ar ambiente

Decreto Lei nº 226/98 de 17 de Julho I Série A 17-Jul-98 Transitam para a Direcção Geral do Ambiente (DGA) as

competências relativas à qualidade do ar

Decreto Rectificativo nº. 11-H/97 de 30 de Junho I Série B 30-Jun-97 Rectifica a Portaria nº399/97 de 18 de Junho

Portaria nº 399/97 de 18 de Junho I Série B 18-Jun-97

Acrescenta à Portaria nº 286/93 de 12 de Março os valores limite de emissão para as novas grandes instalações de combustão que utilizem combustíveis sólidos

Portaria nº 125/97 de 21 de Fevereiro I Série B 21-Fev-97

Altera a Portaria nº286/93 de 12 de Março (fixa os valores limites e os valores guias no ambiente para o dióxido de enxofre, partículas em dispersão, dióxido de azoto e monóxido de carbono, o valor limite para o chumbo e os valores guias para o ozono)

Portaria nº 1058/94 de 2 de Dezembro I Série B 2-Dez-94

Acrescenta à Portaria nº 286/93 de 12 de Março os valores limite de emissão de dióxido de azoto para as instalações de Cogeração

Portaria nº 286/93 de 12 de Março I Série B 12-Mar-93

Fixa os valores limite e os valores guia no ambiente para o dióxido de enxofre, partículas em suspensão, dióxido de azoto e monóxido de carbono, o valor limite para o chumbo e os valores guia para o ozono

Decreto Lei nº 352/90 de 9 de Novembro I Série 9-Nov-90 Estabelece o regime de protecção e controlo da

qualidade do ar

Lei nº 11/87 de 7 de Abril I Série 7-Abr-87 Define as bases de política de ambiente

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Incentivos Despacho nº 27461-A/04 de 31 de Dezembro

II Série 31-Dez-04 Define os valores específicos de investimento aplicáveis aos projectos de cogeração a vigorar em 2003

Portaria nº 394/04 de 19 de Abril I Série B 19-Abr-04

Revoga a Portaria nº198/01 de 13 de Março, com a redacção que lhe foi dada pelas Portarias nº 1219-A/01 de 23 de Outubro e nº 383/02 de 10 de Abril

Despacho nº 19207/03 II Série 7-Out-03 Define os valores específicos de investimento aplicáveis aos projectos de cogeração a vigorar em 2004

Resolução Conselho Ministros nº101/03 de 8 de Agosto

Resolução 8-Ago-03 Programa de Incentivos à Modernização Empresarial (PRIME)

Despacho nº 22044/02 de 14 de Outubro II Série 14-Out-02 Define os valores específicos de investimento aplicáveis

aos projectos de cogeração a vigorar em 2003

Despacho nº 14737/02 de 26 de Junho II Série 26-Jun-02 SIME - Sistema de Incentivos à Modernização

Empresarial

Portaria nº 383/02 de 10 de Abril I Série B 10-Abr-02 Efectua alterações à Portaria nº 198/01 e apresenta em

anexo versão da Portaria actualizada

Portaria nº 1219-A/01 de 23 de Outubro I Série B 23-Out-01 Efectua alterações à Portaria nº 198/01

Anúncio nº 56/01 de 14 de Maio II Série 14-Mai-01

Torna públicos os limites máximos de investimento para os projectos de investimento respeitantes à produção de energia eléctrica com base em fontes de energia renováveis

Portaria nº 198/2001 de 13 de Março I Série B 13-Mar-01 MAPE - Medida de Apoio ao Aproveitamento do

Potencial Energético e Racionalização dos Consumos

Decreto Lei nº 188/88 de 27 de Maio I Série B 27-Mai-88 SIURE - Sistema de Incentivos à Utilização Racional de

Energia Ruído

Despacho nº 3652/05 de 18 de Fevereiro II Série 18-Fev-05

Transposição da Directiva nº2002/49/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, sobre gestão e avaliação do ruído ambiental, para a ordem jurídica nacional.

Decreto Lei nº 259/02 de 23 de Novembro I Série A 23-Nov-02 Altera o Regulamento Geral do Ruído

Decreto Lei nº 76/02 de 26 de Março I Série A 26-Mar-02 Aprova o regulamento das emissões sonoras para o

Ambiente de equipamentos para utilização no exterior

Decreto Lei nº 292/00 de 14 de Novembro I Série A 14-Nov-00 Aprova o regime legal de poluição sonora - Regulamento

Geral do Ruído

Decreto Lei nº 72/92 de 28 de Abril I Série A 28-Abr-92 Quadro Geral de Protecção dos trabalhadores

Decreto Lei nº 292/89 de 2 de Setembro I Série 2-Set-89 Altera algumas disposições do Regulamento Geral sobre o

Ruído

Decreto Lei nº 251/87 de 24 de Julho I Série 24-Jul-87 Aprova o Regulamento Geral sobre o Ruído

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ANEXO II: Estudo da GALP acerca da situação energética da União Europeia

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