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Fontes Alternativas de Energia

22Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Parte 1:Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

33Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

1800: Thomas Seebeck mediu uma diferença 1800: Thomas Seebeck mediu uma diferença de potencial nas extremidades frias de um de potencial nas extremidades frias de um termopartermopar

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

44Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Principal Vantagem da Termogeração: por Principal Vantagem da Termogeração: por ser um processo sólido de conversão da ser um processo sólido de conversão da energia térmica em energia elétrica, não energia térmica em energia elétrica, não possui partes móveis.possui partes móveis.

Atualmente utilizam-se materiais Atualmente utilizam-se materiais semicondutores de dopagens opostas na semicondutores de dopagens opostas na composição do termopar (silício tipo composição do termopar (silício tipo pp e e silício tipo silício tipo nn).).

Utilização comercial dos Termo-Geradores Utilização comercial dos Termo-Geradores (TEGs):(TEGs):a partir da década de 60.a partir da década de 60.

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

55Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Extremidade fria do Extremidade fria do elemento Nelemento N Pólo NegativoPólo NegativoExtremidade fria do Extremidade fria do elemento Pelemento P Pólo PositivoPólo Positivo

Curto entre os elementosCurto entre os elementos Corrente Corrente ElétricaElétrica

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

66Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

SoluçãSoluçãoo

Arranjo série-paralelo Arranjo série-paralelo (termopilha)(termopilha)

Cada elemento Cada elemento termopartermopar

Baixo nível de Baixo nível de tensão (0,7V)tensão (0,7V)

Bom nível de Bom nível de potência (1W)potência (1W)

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

77Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

O módulo termelétrico selado (termopilha)O módulo termelétrico selado (termopilha)

obs: Parte quente = 540ºC, Parte fria= 140ºCobs: Parte quente = 540ºC, Parte fria= 140ºC

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

88Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Elementos componentes dos Elementos componentes dos TEGsTEGs

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

99Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Fonte de Calor: queimadores Fonte de Calor: queimadores alimentados com gás natural ou alimentados com gás natural ou propano.propano.

Palhetas de Resfriamento: entregam ao Palhetas de Resfriamento: entregam ao meio-ambiente o excedente de calor meio-ambiente o excedente de calor não convertido em energia elétrica.não convertido em energia elétrica.

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

1010Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Instalação de Sistema com Instalação de Sistema com 5000W5000W

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

1111Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Detalhes de um Sistema Detalhes de um Sistema InstaladoInstalado

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

1212Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Vida útil: no mínimo, 20 anosVida útil: no mínimo, 20 anos

Baixa manutençãoBaixa manutenção

Podem operar em qualquer situação Podem operar em qualquer situação climática na superfície da terra (suportam climática na superfície da terra (suportam variações de temperatura ambiente de –30ºC a variações de temperatura ambiente de –30ºC a +50ºC)+50ºC)

Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 Uma única unidade TEG pode fornecer de 15 a 550Wa 550W

Há sistemas instalados com até 8000WHá sistemas instalados com até 8000W

Não necessitam baterias de Não necessitam baterias de backupbackup

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

1313Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Aplicações:Aplicações:

Locais remotos, sem rede convencional, de Locais remotos, sem rede convencional, de difícil acessodifícil acesso

Alimentação de sistemas que necessitem de Alimentação de sistemas que necessitem de alta confiabilidadealta confiabilidade

Estações de telecomunicação, comunicação Estações de telecomunicação, comunicação de dados, sinalização, etc.de dados, sinalização, etc.

Utilização de termogeradores como fonte de energia alternativa

1414Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Manutenção:Manutenção:

Dependerá do grau de pureza do combustível Dependerá do grau de pureza do combustível injetado, pois as pilhas não necessitam de injetado, pois as pilhas não necessitam de manutenção.manutenção.

Combustíveis limpos e/ou filtros de Combustíveis limpos e/ou filtros de combustível de alta eficiência garantem longos combustível de alta eficiência garantem longos períodos de funcionamento sem necessidade períodos de funcionamento sem necessidade de manutenção.de manutenção.

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1616Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Parte 2:Centrais Elétricas com Geração a Partir de Chaminé Solar

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

1717Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Motivação:Motivação: Necessidade de prover a crescente Necessidade de prover a crescente população mundial com energia limpa;população mundial com energia limpa;

Desafio do desenvolvimento de fontes Desafio do desenvolvimento de fontes alternativas, não poluentes e de baixo impacto alternativas, não poluentes e de baixo impacto ambiental;ambiental;

Substituição dos combustíveis não-Substituição dos combustíveis não-renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) renováveis e poluentes (petróleo, gás, carvão) por combustíveis limpos, não poluentes;por combustíveis limpos, não poluentes;

Exploração de uma fonte inesgotável de Exploração de uma fonte inesgotável de energia, o SOL, para produção de Energia energia, o SOL, para produção de Energia Elétrica.Elétrica.

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

1818Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Efeito ChaminéEfeito Chaminé

Efeito EstufaEfeito Estufa

Turbina Eólica com Gerador ElétricoTurbina Eólica com Gerador Elétrico

Princípios de Funcionamento da Princípios de Funcionamento da Chaminé SolarChaminé Solar

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

1919Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Cilindro da TorreCilindro da Torre

Turbina(s)Turbina(s)

Coletor de VidroColetor de Vidrocom armazenamentocom armazenamentode calorde calor

Principais Componentes da Chaminé Principais Componentes da Chaminé SolarSolar

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2020Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a Cobertura plana de vidro ou chapa, recebe a radiação solar, o calor passa ao soloradiação solar, o calor passa ao solo

O ar frio entra pela periferia e circula O ar frio entra pela periferia e circula radialmente em direção à base da chaminé, radialmente em direção à base da chaminé, sendo aquecido pelo calor do solo sob a sendo aquecido pelo calor do solo sob a coberturacobertura

O ar quente atinge a chaminé, causando uma O ar quente atinge a chaminé, causando uma forte corrente de convecção, movimentando as forte corrente de convecção, movimentando as turbinasturbinas

Coletor – Efeito de EstufaColetor – Efeito de Estufa

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2121Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

A produção de energia elétrica depende da incidência A produção de energia elétrica depende da incidência solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou solar, sendo maior no meio do dia e menor no início ou final do dia;final do dia;

O solo armazena parte do calor coletado durante o dia O solo armazena parte do calor coletado durante o dia e o libera durante a noite:e o libera durante a noite:

Geração de Energia x Horas do DiaGeração de Energia x Horas do Dia

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2222Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Armazenamento de CalorArmazenamento de Calor

O uso de um sistema de armazenamento de O uso de um sistema de armazenamento de calor usando tubos cheios de água permite à calor usando tubos cheios de água permite à chaminé gerar energia continuamente durante chaminé gerar energia continuamente durante 24 horas24 horas

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2323Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Armazenamento de CalorArmazenamento de Calor

Tubos pretos, cheios de água, fechados, Tubos pretos, cheios de água, fechados, preenchidos uma única vez (a água não preenchidos uma única vez (a água não evapora) equaliza a geração de energia durante evapora) equaliza a geração de energia durante as 24h do dia:as 24h do dia:

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2424Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Armazenamento de CalorArmazenamento de Calor

Dependendo da altura do colchão d’água, Dependendo da altura do colchão d’água, ajusta-se a produção de energia durante as 24h ajusta-se a produção de energia durante as 24h do dia:do dia:

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2525Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

ChaminéChaminé

É a máquina térmica do sistema;É a máquina térmica do sistema;

Funciona como o conduto forçado de uma Funciona como o conduto forçado de uma hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa hidrelétrica (baixo atrito, alto volume, baixa superfície);superfície);

Quanto mais alta, maior a diferença de Quanto mais alta, maior a diferença de temperatura e a diferença de pressão ao longo temperatura e a diferença de pressão ao longo da altura da chaminé;da altura da chaminé;

É geralmente construída de metal, com base É geralmente construída de metal, com base em concreto.em concreto.

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2626Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

ChaminéChaminé

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

2727Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

TurbinaTurbina

É do tipo de pressão (8 vezes mais energia É do tipo de pressão (8 vezes mais energia que uma turbina de velocidade com o mesmo que uma turbina de velocidade com o mesmo diâmetro);diâmetro);

O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no O fluxo de ar (e, a velocidade do ar no sistema) é controlado através do ajuste do sistema) é controlado através do ajuste do ângulo das palhetas da turbina.ângulo das palhetas da turbina.

Alternativamente, podem ser usadas diversas Alternativamente, podem ser usadas diversas turbinas de eixo horizontal, distribuídas turbinas de eixo horizontal, distribuídas radialmente em relação à base da chaminé. radialmente em relação à base da chaminé.

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2828Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

TurbinaTurbina

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2929Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Otimização do SistemaOtimização do Sistema

Fatores Principais na Produção Anual de Fatores Principais na Produção Anual de Energia:Energia:

área do coletorárea do coletor

altura da altura da chaminéchaminé

tipo de vidrotipo de vidro

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3030Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Resultados ExperimentaisResultados Experimentais

Instalação Experimental em Manzanares Instalação Experimental em Manzanares (Espanha)(Espanha)

projeto alemão, custo: US$ 6 projeto alemão, custo: US$ 6 milhões, 10 anos de duraçãomilhões, 10 anos de duração

forneceu energia de forma forneceu energia de forma ininterrupta de julho de 1986 a ininterrupta de julho de 1986 a fevereiro de 1989fevereiro de 1989

chaminé com 195m de altura e chaminé com 195m de altura e 10m de diâmetro, área de coletor de 10m de diâmetro, área de coletor de 46.000m46.000m22

potência nominal de 50kWppotência nominal de 50kWp

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3131Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

3232Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

3333Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Projeto em ExecuçãoProjeto em Execução

Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 1000m de altura (a maior estrutura da Terra) e 150m de diâmetro150m de diâmetro

Potência: 200 MWp Energia: 500 Potência: 200 MWp Energia: 500 GWh/anoGWh/ano

Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma Custo: US$ 395 milhões (14% maior que uma usina termelétrica a carvão ou 70% maior que usina termelétrica a carvão ou 70% maior que geração eólica)geração eólica)

Estrutura mista de aço e concretoEstrutura mista de aço e concreto

Expectativa de entrada em operação: 2005Expectativa de entrada em operação: 2005

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

3434Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Aproveitamento da energia solar, gerando Aproveitamento da energia solar, gerando energia limpa, renovável, sem agressão ao energia limpa, renovável, sem agressão ao meio ambiente;meio ambiente;

Adequada para países com grandes Adequada para países com grandes extensões de terra árida, alta insolação e mão-extensões de terra árida, alta insolação e mão-de-obra barata;de-obra barata;

Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem Pode funcionar por 24 horas seguidas, sem interrupção no fornecimento de Energia interrupção no fornecimento de Energia Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor Elétrica, se utilizado o armazenamento de calor com água;com água;

Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, Projeto simples, tecnologia conhecida (vidro, concreto, aço, turbinas);concreto, aço, turbinas);

Características e Características e Vantagens:Vantagens:

Utilização de Chaminé Solar para Geração de Energia Elétrica

3535Uso Racional de Energia no Meio Rural – FCA/2004

Extremamente confiável e durável, pois Extremamente confiável e durável, pois requer componentes simples e robustos (baixa requer componentes simples e robustos (baixa manutenção);manutenção);

As únicas partes móveis são as turbinas e os As únicas partes móveis são as turbinas e os geradores, que entretanto, não necessitam de geradores, que entretanto, não necessitam de manutenção intensiva por não trabalharem em manutenção intensiva por não trabalharem em contato com a água;contato com a água;

A eficiência da conversão da energia solar A eficiência da conversão da energia solar em energia elétrica é baixa, sendo em energia elétrica é baixa, sendo compensada pelo baixo custo de instalação e compensada pelo baixo custo de instalação e operação, mas ainda muito superior ao custo operação, mas ainda muito superior ao custo das centrais convencionais.das centrais convencionais.

Características e Características e Vantagens:Vantagens: