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

Modelização do Sector Energético | MEPEA | ISEG
análise da viabilidade de um sistema híbrido de energia renovável na Ilha de Porto Santo
análise da viabilidade de umanálise da viabilidade de um
sistema híbrido de energiasistema híbrido de energia
renovável na ilha de Porto Santorenovável na ilha de Porto Santo
Liliana Domingues
MEPEA | ISEG | Setembro 2007

1. agenda......................................................................
• objectivos
• enquadramento
• caracterização do objecto de estudo
• caracterização do sistema de energia
• caracterização da ferramenta de análise
• aplicação do modelo
• considerações finais

2. objectivos..............................................................
obter a informação suficientemente clara para que seja possível
aferir os custos/benefícios envolvidos na instalação de um
sistema de abastecimento de energia eléctrica por meio dos
recursos energéticos renováveis com maior expressão na Ilha
de Porto Santo
•avaliar a viabilidade da instalação de um
sistema híbrido de energia renovável na Ilha
de Porto Santo

3. enquadramento....................................
Regiões remotasRegiões remotas
e insularese insulares
Reduzida dimensãoReduzida dimensão
Escassez de recursosEscassez de recursos
IsolamentoIsolamento
Fragilidade ecológicaFragilidade ecológica
Elevada dependência externaElevada dependência externa
ElevadaElevada
abundânciaabundância
de recursosde recursos
energéticosenergéticos
renováveisrenováveis
Elevada propensão para a introdução de
tecnologias de aproveitamento de energias
renováveis
Aumento seg. noAumento seg. no
abastecimentoabastecimento
Criação de novosCriação de novos
empregosempregos
Diminuição daDiminuição da
emissão de GEE´semissão de GEE´s
IntermitênciaIntermitência
das energiasdas energias
renováveisrenováveis
Restrições naRestrições na
regulação daregulação da
energia produzidaenergia produzida
Armaz.Armaz.
energiaenergia
Comb. deComb. de
váriasvárias
energiasenergias

4. metodologia................................................
Análise de viabilidade do sistema
híbrido de energia
Definição e delimitação do objecto
de estudo
Levantamento das características
do objecto de estudo
Selecção do tipo de sistema híbrido
de energia
Selecção do software a utilizar
Internet
DREM, AREAM,
Internet
PV+Eólico+H2
HOMER
HOMER

5. ilha de porto santo............................
Caracterização Geográfica
•33º de latitude Norte e 16º de longitude
Oeste
•superfície de 42,5 Km2
•baixa pluviosidade e temperaturas
amenas
•muito plana (montanhosa na zona
setentrional)
•solo arenoso muito pobre em nutrientes

Caracterização Sócio-Económica
•população residente ~5.000 hab. (15.000
a 20.000 em época alta)
•inserida numa região com um dos PIB per
capita mais elevados do país
•um único concelho e freguesia
•predomínio do sector terciário
•poucas empresas e de pequena dimensão

Caracterização Sócio-Económica
Cond.
Físicas
Limitações
Act. agrícola
Povoamento
Infra-est.
básicas
Rede serviços
dependente do transporte
marítimo e aéreo
elevada dependência do
exterior
restrições no acesso a
infra-estruturas
restrições de acesso às redes
transporte de energia
insuficiente qualificação
dos rec. humanos
elevada sensibilidade
ambiental

Caracterização Energética
•consumo electricidade = 36,3 GWh em
2006 (crescimento em 89,5% em relação 2000)
•aumento
substancial da
procura nos meses
de Verão
Fonte: EEM, 2007

Caracterização Energética
•Fontes de energia primária:
termoeléctrica + eólica
Fonte: EEM, 2007
3111N.º centrais
36,310,734,6Emissão (GWh)
37,5-0,736,8Produção (GWh)
24,10,70,523,0Potência instalada (MW)
EólicaEólicaTérmica
Total
EEREEMEEM
Elementos
SISTEMA ELECTROPRODUTOR EXISTENTE
Fonte: EEM, 2007

Caracterização do Potencial Energético
•Potencial eólico elevado, sobretudo a 40 m
Potencial eólico da Ilha de Porto Santo a 10 m (à esq.) e a 40 m (à dir.)
Fonte: LASEF, 2005

Caracterização do Potencial Energético
•Potencial solar elevado
Radiação solar média diária da Ilha de Porto Santo
Fonte: LASEF, 2005
•Potencial hídrico
desprezável, dada a
escassez de água (ao
contrário da Ilha da
Madeira)
•Potencial da biomassa muito pouco expressivo,
dadas as características geomorfológicas e o tipo
de vegetação existente

6. sistema híbrido de energia........
Recursos
Vento
Sol
Electricidade
Tecnologias Commodities
Aerogeradores
Painéis solares
Pilha Combustível
ou Bateria

6. sistema híbrido de energia........
•Fornece electricidade à rede em contínuo
durante 24 horas/dia
•Oferece melhor eficiência, mais flexibilidade de
planeamento e maiores benefícios ambientais
comparativamente com o sistema actual
•Fornece a oportunidade de expansão da sua
capacidade, caso a procura de energia futura
assim o exija

7. software aplicado.......................
•HOMER – modelo desenvolvido pelo NREL
•modelo de optimização e de sensibilidade para
avaliar a viabilidade técnica e económica de
várias opções tecnológicas
•simula a operação de um
sistema através do cálculo do
balanço energético para cada
uma das 8760 horas do ano
•compara a quantidade de energia procurada com
a energia que o sistema produz a essa hora

8. aplicação do HOMER................
Método aplicado
HOMERHOMER
Inputs Outputs
Diagrama de
carga horária
Custos iniciais
dos componentes
Radiação solar
diária
Velocidade do
vento média
Tx juro e período
Conjunto de
configurações
ordenadas pelo
custo - optimização
Análise de
sensibilidade

Resultados obtidos - Inputs
Diagrama de carga horária
média anual é igual a 111,557 kWh/d

Custos painéis solares Custos aerogeradores
Dimensão do sistema: 0 a 300.000 kW
Tempo vida útil: 20 anos
Dimensão do sistema: 0 a 200 unidades
Tempo vida útil: 15 anos
Modelo aerogeradores: ENERCON E48
Custos do armazenamento H2, bateria e conversor

Radiação solar diária / mês Vel. do vento média mensal
radiação solar média anual igual a
5,58 kWh/m2
/d
não se considerou variação da
radiação
velocidade média anual do vento 5,9
m/s
considerou-se variação da
velocidade
• tx juro real = 11%
• tempo vida útil = 20 anos
• emissões GEE = 0
• capacidade de armaze. = 90%

Resultados obtidos – Outputs Optimização
Elementos/Parâmetros Valores
Dimensão do módulo solar (kW) 20.000
Dimensão do módulo eólico (n.º aerogeradores) 20X660
Dimensão da pilha de combustível (kW) 20
Dimensão da bateria 0
Dimensão do conversor (kW) 10.000
Dimensão do electrolizador (kW) 10
Dimensão do depósito de armazenamento de H2
Custos de capital (€) 99.099.906
Custos de operação e manutenção (€/ano) 1.592.173
VAL (€) 112.508.776
COE (€/kWh) 0,478
Ren. Frac. 1
Capacidade de armazenamento 0,35

Componentes
Custos
Capital
(€)
Custos de
Substituição
(€)
Custos
O&M
(€)
Total (€)
Fotovoltaicos 76.291.035 8.316.123 4.929.260 85.868.064
Aerogeradores 15.441.176 2.766.234 6.192 17.888.861
Pilha de
Combustível
44.117 0 0 41.176
Conversor 7.352.941 1.536.796 25.079 8.734.405
Electrolizador 14.705 3.073 0 17.418
Total Sistema 99.099.905 12.681.786 4.960.531 112.508.800

Cash-flow positivo a partir do 25º ano,
deixando de ser negativo para os
aerogeradores e conversor a partir do
20º ano
Energia total produzida = 87.711.592
kWh/ano (55% aerogeradores)
Carga de energia primária assegurada =
30.031.990 kWh/ano
Excesso de electricidade produzida =
57.679.456 kWh/ano
configuração composta apenas por 20
aerogeradores: carga de energia
primária obtida = 24.407.472 kWh/ano
configuração composta por painéis
fotovoltaicos: carga de energia primária
obtida = 16.592.799 kWh/ano

Resultados obtidos – Outputs Sensibilidade
•não se verificam alterações na hierarquia dos
sistemas com menor VAL qualquer que seja o
cenário (velocidades médias anuais: 4; 4,45; 7 e
8 m/s)
•carga de energia primária assegurada é inferior à
obtida para o cenário central (5,9 m/s) para os
cenários de 4 e 4,5 m/s
•carga de energia primária assegurada é superior
à obtida para o cenário central (5,9 m/s) para os
cenários de 7 e 8 m/s

9. dificuldades................................................
•não ter um conhecimento real e suficientemente
pormenorizado da tecnologia associada ao
sistema seleccionado
•os custos de capital, de substituição e de O&M
das tecnologias consideradas poderem não
traduzir os custos reais das mesmas
•não se ter analisado uma possível configuração do
sistema híbrido de energia que contemplasse a
central termoeléctrica, nem a ligação à rede
•o período de simulação para o sistema
seleccionado ter sido enorme (129:15h), o que
constituiu um factor limitativo

9. considerações finais................
• é possível diminuir radicalmente a elevada dependência
em relação aos combustíveis fósseis, existindo várias
configurações viáveis para o concretizar
• configuração com melhor custo-benefício é a constituída
por painéis fotovoltaicos, aerogeradores, pilha de
combustível e conversor, com o qual se consegue obter
uma carga de energia primária apenas ligeiramente
inferior à carga que satisfaz as necessidades energéticas
• no entanto, os custos de capital associados ao mesmo
são muito elevados, podendo o investimento ser faseado
(primeiramente investindo-se nos aerogeradores (já que produz mais
energia a menor custo) e posteriormente nos painéis fotovoltaicos )

• HOMER é uma ferramenta extremamente importante para
a optimização de configurações de sistemas de energia
híbridos, podendo desempenhar um papel extremamente
relevante no planeamento do abastecimento energético,
sobretudo à escala de regiões remotas e insulares
• para uma melhor análise da viabilidade da combinação
das tecnologias de conversão e de armazenamento de
energia é relevante efectuar análise conjunta com outros
modelos: VIPOR, Hybrid 2, H2RES, ENEP, EnergyPlan e
Hydrogens
• igualmente actuar ao nível político-estratégico de forma a
serem ultrapassadas as barreiras legais, de mercado e as
inerentes ao isolamento

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