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Sistemas Híbridos de Minigeração
Tiago Pinho 05/2012
Resumo
Objetivos Descrever e dimensionar um sistema híbrido de produção de energia elétrica baseado em energias renováveis
Estudar uma solução alternativa ao fornecimento de energia pela rede elétrica convencional e precaver o futuro em relação à racionalização e escassez da energia
Estudar soluções de minigeração energética que permitam reduzir ou eliminar o problema da variabilidade de fornecimento energético dos recursos de fontes renováveis e o desfasamento entre produção e consumo
Encontrar resultados que permitam promover a divulgação junto dos consumidores e aceitação por parte dos mesmos de que o investimento neste tipo de soluções lhes trará bastantes vantagens no futuro
Estimular a eficiência energética por parte dos consumidores
Tiag
o P
inho
Caraterização Projeto
Centro Educativo Arões-Junqueira
Latitude: 40º48'7"N
Longitude: 8º19'0"W
≈600 m acima nível do mar
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1 5 9 13 17 21
Diagrama consumo eléctrico diário (%)
Pot. eléctrica dimensionada: 41 kVA(projeto elétrico)
Utilizadores: 100 crianças (capacidade máx. 130)
Tiag
o P
inho
Caraterização Projeto
Abundância de exposição solar (média anual 2200 e 3000 h)
Elevado índice de radiação
Solar Boas condições geográficas para aproveitamento eólico
Complementariedade com a energia solar
Eólica
Sistema Híbrido → 2 Fontes de energia
Tiag
o P
inho
Caraterização Projeto
Disponibilidade local fontes energia
Radiação solar ângulo 35° média
(kWh/m2)
Mês H(35)diária H(35)mensal
Janeiro 3,33 103,23
Fevereiro 3,70 103,60
Março 5,41 167,71
Abril 5,18 155,40
Maio 5,93 183,83
Junho 6,39 191,70
Julho 6,54 202,74
Agosto 6,85 212,35
Setembro 5,89 176,70
Outubro 4,60 142,60
Novembro 3,17 95,10
Dezembro 2,65 82,15
Anual 4,98 151,43
• Azimute Sul (0)
• Inclinação 35
Dados PVGIS
Velocidades médias mensais a 10m de altura (m/s)
CE Arões-Junqueira
Jan 4,928
Fev 4,902
Mar 5,513
Abr 5,452
Mai 4,954
Jun 4,902
Jul 4,997
Ago 5,263
Set 5,229
Out 5,461
Nov 5,263
Dez 5,435
Media 5,192
Vel. vento a 10 m (m/s)
Horas (h)Vel. vento
a 10 m (m/s)
Horas (h)
0 15 9 470,5 15 9,5 451 29 10 19
1,5 70 10,5 152 375 11 12
2,5 670 11,5 53 479 12 4
3,5 622 12,5 54 1000 13 4
4,5 800 13,5 25 550 14 2
5,5 450 14,5 36 450 15 2
6,5 350 15,5 17 190 16 2
7,5 152 16,5 18 110 17 0
8,5 75
Estimativa horas vento anuais 6570 horas
Dados LNEG
Escoamento do vento dentro da camada limite atmosférica
Tiag
o P
inho
Tecnologia
Solar Eólica
Preço / kW
Maior capacidade produção
Rendimento superior
Maior período de vida
Maior oferta no mercado
Maior constância da produção
Obter o mais elevado rácio custo-benefício
Otimizar as parcelas de potência de cada uma das tecnologias
Uitlização Software Homer
Tiag
o P
inho
Tecnologia
Dimensionar e otimizar sistema
Dados projetoCarga e perfil de
consumos
Recurso solar
Recurso eólico
Restrições
Rede elétrica 20 kW (pot. contratada
20,7 kVA)
5 kW < PV ≤ 15kW
0 ≤ Nº turbinas ≤ 2
Variáveis
Taxa de juro
Velocidade média anual vento
Tiag
o P
inho
Tecnologia
Painéis fotovoltaicos marca Schüco, modelo MPE 235 PS15(rend. 14,2%)
Critérios de seleção
Certificação e marcação CE
Espaço disponível p/ instalação
Relação Rendimento-Custo
Assistência técnica
Critérios de seleção
Curva de potência
Nível de ruido e impacto ambiental
Assistência pós venda
Custo
Turbina eólica marca Kingspan, modelo KW6(pot. nom. 5,2 kW)
Tiag
o P
inho
Tecnologia
10𝑘𝑊
Custos cablagem DC
2 sistemas distintos 5 kW
Pot. Requerida ≈ Pot. Nominal
Maior facilidade instalação
Critérios de seleção
Potência nominal
Rendimento vs Custo
Dimensões e peso
Assistência técnica
Inversores marca SMA, modelo SB 5000TL – 20 e WB 5000TL
Tiag
o P
inho
Tecnologia
Rede elétrica
PV 4,7 kW(2 x 10)
Turbina 5,2 kW
Quadro Geral
Inversor 5 kW
Inversor 5 kW
Cargas
DC
DC
AC
AC
AC
AC
Sistema híbrido
• Dimensionamento da cablagem de acordo com as Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão (RTIEBT)
• Dimensionamento proteções
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o P
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Instalação
Alçada PoenteAlçada SulCampo FV Quadro Geral
1 • Análise local
2• Preparação Instalação
3• Instalação
4• Verificação
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o P
inho
Análise Económica
Rendimento do projeto - Energia produzida pelo sist. híbrido p/ consumo
Tempo de vida do projeto: 25 anos
Actualidade
CenárioAgradável
CenárioExpectável
Muito importante tarifa/preço de eletricidade rede elétrica
Energia que se deixou de comprar à rede
0,255 €/kWh(2036)
0,171 €/kWh
0,433 €/kWh(2036)
Análise sensibilidade projeto
Tiag
o P
inho
Análise Económica
Solar Produção anual estável
Eólica Produção anual variável
Cenário pessimista Cenário esperado Cenário optimista
v = 4 m/s v = 5,19 m/s v = 7 m/s
Análise sensibilidade projetoAssume-se constante
WACC 8,0% 6,5% 5,5%
Custo médio ponderado capitais (próprios e alheios)
30% 50% 65%
Ano 2011 2026 2036Investimento inicial 24.700,00 € 6.214,00 €
Valor Residual 1.618,00 €
Tiag
o P
inho
Análise Económica
Análise projeto de investimentoVAL – Valor atualizado líquido
TIR – Taxa interna de rentabilidade
PAY BACK PERIOD – Período de retorno do investimento
Esperado Pessimista Optimista Cenário
espectávelCenário
agradávelCenário
espectávelCenário
agradávelCenário
espectávelCenário
agradável
TIR 8,5% 6,3% 5,9% 3,7% 11,1% 9,1%
Esperado Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %
FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t
VAL 13.754,07 € 8.845,59 € 3.231,81 € 4.591,43 € 1.103,11 € - 2.933,72
€
Esperado Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %
FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t
Pay-Back 17,3 19,2 23,1 21,6 25,0 N/PAGA
Tiag
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Análise económica
Nota: Um dos objetivos deste projeto é precaver o futuro em relação à racionalização e escassez da energia e, embora não seja possível quantificar o valor de poder ter energia disponível num determinado momento em que a rede eléctrica não a está a fornecer, esse facto pode ser bem mais importante que uma taxa de retorno
• Aumento das tarifas de eletricidade a um ritmo lento: investimento não é, do ponto de vista económico, interessante
• Só um cenário optimista permitiria ter uma taxa de retorno interessante de 9,1%
• No cenário esperado, período de retorno só no caso do financiamento com 65% de capitais alheios seria inferior aos 25 anos de vida do projeto
• Evolução de preços de electricidade mais acelerada: projeto já é melhor remunerado
• Para o cenário esperado obtém-se uma taxa de rentabilidade de 8,5% e, para um financiamento de 65%, um período de retorno de 17,3 anos e um valor actualizado líquido de 13.754,07 €
• Só no caso do cenário optimista estes valores se tornam economicamente interessantes
Tiag
o P
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Conclusões
estas duas fontes de energia juntas poderão ser a melhor solução para a maioria dos casos devido a sua maior disponibilidade territorial, complementariedade e maior facilidade de acesso à tecnologia
Sistemas híbridos
actualmente não são economicamente interessantes. Só com o aumento forte dos preços da eletricidade estes sistemas se podem tornar mais interessantes do ponto de vista económico
Investimento
uma solução que antecipa, o risco, de um futuro incerto onde a racionalização e a escassez no fornecimento de energia podem vir a ser uma realidade e será sempre uma segurança energética e económica para o consumidor no caso de acontecer uma subida abrutpa do preço da electricidade por algum motivo extraordinário
Autonomia energética
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Conclusões
educar os consumidores para uma utilização mais eficiente da energia eléctrica sem que estes tenham de sofrer verdadeiramente com a falta de abastecimento ao seu consumo
Eficiência energética
Proliferação destes sistemas reduz as necessidades de potências de energia altas em determinados momentos do dia e evitará a existência de muitos picos de consumo, com a consequente diminuição de perdas na rede de distribuição e dos custos que a isso estão associados
Eficiência na rede
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Questões