RM18 Projetos Renováveis WEB

7/24/2019 RM18 Projetos Renovveis WEB

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1. Introduo

Nos ltimos anos, vrios fatores tm levado a um crescente interesse emsolues baseadas em fontes renovveis para abastecimento dos consumosenergticos dos mais diversos tipos de instalaes de utilizao. Essa pro-cura tem como objetivo a alimentao das necessidades energticas paraaquecimento ambiente, preparao de guas Quentes Sanitrias (AQS) eainda a alimentao de recetores eltricos.

O decrscimo dos preos das tecnologias para aproveitamento das ener-gias renovveis, o aumento dos preos da eletricidade e a regulamentaoreferente aos requisitos de desempenho energtico dos edifcios tm vindoa estimular esse interesse. A ltima verso da Energy Performance of Buil-dings Directive1, recentemente transcrita para a legislao nacional atravs doDecreto-Lei n. 118/2013 de 20 de agosto e respetivas portarias e despachoscomplementares, destaca o conceito de near-Zero Energy Buidings(nZEB).

Consideram-se como nZEB, os edifcios que dispem de elevados nveisde eficincia energtica e que so complementados por aproveitamentosrenovveis para abastecimento de praticamente 100% das respetivas neces-sidades energticas. Nesse diploma requerido que a partir de 2019 todosos novos edifcios ocupados e detidos por autoridades pblicas sejam nZEB,e no final de 2020 esse requisito seja alargado a todos os novos edifcios(incluindo privados).

Neste artigo apresenta-se um caso de estudo executado no mbito dorelatrio final de estgio de Antnio Andr ex-aluno e detentor do Cursode Especializao Tecnolgica em Energias Renovveis concedido pelo Ins-

tituto Politcnico de Leiria. O trabalho consistiu no levantamento dos con-sumos energticos do edifcio MercoAlcobaa um imvel de servioslocalizado em Alcobaa e no dimensionamento de um Sistema Eletro-produtor Hbrido (SEH) dotado de fontes renovveis e no renovveis paraproceder ao seu abastecimento.

A configurao tima do SEH foi determinada em funo da disponibili-dade de recursos primrios renovveis, dos custos de combustveis e equi-pamentos, de requisitos tcnicos estabelecidos pelo projetista, entre outrosfatores. A finalidade deste estudo a de se obter uma soluo otimizadae que garanta o cumprimento de restries por ns definidas.

Este tipo de abordagem corresponde formulao de um problema deotimizao em que se pretendem minimizar, simultaneamente, o montante

1 www.epbd-ca.eu

do investimento inicial e o somatrio (desde o ano 0 at ao horizonte deprojeto estabelecido em 20 anos) dos custos de Operao e Manuten-o (O&M), do custo de produo de cada kWhde eletricidade e aindados Impactos Ambientais.

As restries impostas consistiram no facto de se pretenderem elevadosnveis de fiabilidade, designadamente para garantir que a quantidade de ele-

tricidade produzida sempre suficiente para abastecimento da instalao.Pretende-se ainda uma frao renovvel mnima de 80% e que os geradoresDiesel sejam impedidos de operar durante o perodo entre as 8 e as 23h.

A resoluo de um problema deste gnero dispe de um nvel dificul-dade considervel, no s pela complexidade matemtica, mas ainda pelofacto de se necessitar de determinar o funcionamento temporal do sis-

tema sob as mais diversas condies climatricas. Assim, este tipo de for-mulao requer que se determinem no s os nveis de produo decada um dos geradores renovveis e no renovveis ao longo de cada diado ano, mas tambm o estado de carga das baterias de acumuladores, osmomentos em que se verifica insuficincia de produo, entre outros par-metros. Nestes termos, verifica-se a necessidade de se utilizar uma ferra-menta computacional que disponha dessa capacidade, tendo-se optadopelo softwareHomer.

2. Caraterizao do edifcio e levantamento

dos consumos energticos

O edifcio MercoAlcobaa foi inaugurado em 1990 como Mercado Abaste-cedor de Produtos Agrcolas. Devido s contingncias do mercado agrcola,por volta do ano 2000 o edifcio deixou de servir essa funo. Atualmente,o espao onde funcionava o mercado abastecedor utilizado como pavi-lho multiusos, onde se realizam feiras e outros eventos. Nas outras divi-ses do edifcio encontram-se ainda um restaurante e as associaes AVAPIe TrevoOeste.

Os pontos de utilizao do pavilho multiusos, da AVAPI e TrevoOeste,bem como as instalaes de iluminao exterior do parque de estaciona-mento, acessos e alpendres em redor ao edifcio so alimentados por umainstalao eltrica comum, que por sua vez abastecida em Baixa Tenso(BT) a par tir da rede pblica. O restaurante abastecido por uma baixadaindependente, igualmente proveniente da rede pblica de BT.

Na Figura 1, apresenta-se a vista area do edifcio MercoAlcobaa coma identificao dos diversos espaos e zonas envolventes:

dimensionamentode pequenossistemas eletroprodutores hbridosCOM FONTES RENOVVEIS, PARA AUTOCONSUMO

O objetivo deste artigo o de apresentar ao leitor um mtodo (acompanhado de um exemplo) que

permite determinar a combinao e potncias timas a atribuir a diversos tipos de fontes renovveise no renovveis, para abastecimento de uma instalao eltrica isolada da rede pblica.

Edgar Franco

Antn io Andr


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Figura 1 Vista area do edifcio MercoAlcobaa e sua envolvente, bem como a identicaodos espaos listados abaixo.

Os espaos assinalados na Figura 1 so: 1.Instalaes da AVAPI; 2.Instalaes da TrevoOeste; 3.Pizzaria El-Rei; 4.Pavilho Multiusos; 5.Hallde Entrada; 6.Parque de estacionamento na frente do edifcio; 7.Parque de estacionamento nas traseiras do edifcio; 8.Espao de exposio no exterior e de divertimentos/jogos; 9. Rua General Humberto Delegado, que efetua a ligao rotunda do

Hospital e sada para Leiria;10.Rotunda do Merco;11.Estrada Nacional 8 entrada Alcobaa, que efetua a ligao Nazar

e autoestrada A8;12.Avenida Eng. Joaquim Vieira Natividade, com ligao ao centro da cidade;13.Rua Mariana Coelho Bernardo;14.Edifcio do hipermercado Modelo/Continente;15.Edifcio do lar da Misericrdia de Alcobaa;16.Espao onde se realiza o mercado semanal ( segunda-feira).

Pelo facto do abastecimento de todas as necessidades energticas dopresente edifcio ser assegurado atravs do vetor eletricidade, o primeiropasso do trabalho consistiu na obteno de um diagrama de cargas de uma

semana tpica. Para o efeito, procedeu-se ao registo dos consumos atravsda ligao de um analisador de energia ao Quadro de Entrada da instala-o eltrica, (o qual registou as diversas grandezas eltricas em intervalosde 5 minutos), conforme se apresenta nas Figuras 2 e 3.

Figura 2 Pormenores de ligao do analisador de energia ao Quadro de Entrada: a) Ligao

das pinas de tenso s barras das 3 fases e do neutro do barramento principal. b) Instalao

das pinas de corrente em volta de cada um dos condutores de fase e neutro da canalizao

estabelecida entre o contador de eletricidade e o interruptor de corte geral.

Figura 3 Ligao do analisador de energia no Quadro Principal do edifcio MercoAlcobaa.

Na Figura 4 apresenta-se um grfico que dispe do registo da potnciaaparente mdiaverificada em cada hora de cada dia em que se realizaramas medies dos consumos de eletricidade.

Figura 4 Consumos mdios, em cada hora, dos dias de uma semana tpica de consumo do

Edifcio MercoAlcobaa.

Analisando globalmente os valores das potncias aparentes absorvidasem cada hora do dia, verifica-se que o perfil dirio de consumo de eletri-cidade relativamente idntico ao longo da semana, sendo mais elevadodo que em dias de fim de semana. Nota-se ainda que entre as 18 e 21h

das Quartas-Feiras se verifica um acrscimo de consumo, que se deve aofacto do Alcobaa Clube de Ciclismo utilizar as instalaes para ativida-des de treino.

Verifica-se ainda que o perodo em que se registam consumos mais eleva-dos se encontra compreendido entre a 20h e as 6h, pelo facto de se encon-

trarem em funcionamento as luminrias exteriores. importante referir queno existiu nenhuma feira durante o perodo de realizao das mediese que, muitas vezes, parte dos consumos eltricos verificados durante asmesmas so abastecidos atravs de geradores dos prprios feirantes ou daentidade organizadora do evento.

Desde modo, os consumos verificados em dias de feira no sero con-siderados na conceo do SEH pelo facto de resultar num sobredimen-sionamento considervel do mesmo, que iria aumentar drasticamente oinvestimento inicial e os excessos de produo de eletricidade nas altu-ras em que se verificam maiores disponibilidades dos recursos renovveis.

Na presena destes dados, o prximo passo consistiu construo dosdiagramas de carga tpicos de dias de semana e de dias de fim de semana,os quais se apresentam na Figura 5.


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Devido ao facto do softwareHomerrepresentar as unidades monet-rias com o smbolo do dlar, optou-se por realizar a converso de todosos preos para essa moeda, j que a introduo de valores em euros juntodo smbolo do dlar poderia causar confuso ao leitor.

Utilizou-se como base o preo mdio de venda de Diesel de 2013 at data de consulta desses valores, que era de 1,9$/litro [3]. Testaram-se aindavariaes de +5%, 5%, e +10%, relativamente a esse preo, conforme seapresenta na Figura 9.

Figura 9Janela de congurao dos preos de Diesel.

4. Componentes em teste para a denio do SEH

Uma das principais variveis avaliadas pelo softwareHomer, aquando dadeterminao da configurao tima do sistema, o investimento inicial arealizar em cada tipo de aproveitamento.

Apesar dos referidos preos terem sido obtidos atravs de contactostelefnicos com empresas do setor, estes podem no corresponder comexatido aos acessveis s empresas instaladoras deste tipo de aprovei-

tamentos. Todavia, julgam-se dispor de um nvel de impreciso que nocompromete os resultados obtidos no processo de simulao. Estes resul-

tados dependem no s dos montantes de investimento em cada uma dassolues possveis, mas tambm dos custos de O&M, do prprio custoda eletricidade produzida, da fiabilidade do sistema e ainda dos nveis deemisses poluentes.

4.1 Aproveitamento solar fotovoltaico

Um dos componentes a testar na definio do SEH o gerador fotovol-taico. Aps a realizao de um processo de pesquisa de solues e preos,verificou-se que seria mais favorvel proceder instalao de painis foto-

voltaicos Sanyo HIT-240HDE4 de 240 W [4] num seguidor solar de 2 Eixosequivalente ao modelo SSx0203 da Metalogalva [5].

O gerador fotovoltaico ser dividido em vrias strings, cada uma dotada devrios mdulos ligados em srie, cuja configurao apenas poder ser defi-nida aps a determinao da potncia do aproveitamento fotovoltaico. Esteser ligado a um inversor anlogo aos da srie Sunny Tripower da SMA demodelo e potncia apenas possveis de definir aps o processo de simulao.

Relativamente aos montantes indicativos de investimento, obteve-se umpreo de $416,16 por mdulo fotovoltaico, correspondendo a custo decerca de 1760$/kW. Para o inversor utilizou-se o preo de referncia domodelo Sunny Tripower 15000TL da SMA [6], que de $3844, o que cor-responde a cerca de 260$/kW.

O seguidor solar utilizado como referncia dispe da capacidade de

albergar 63 painis Sanyo HIT-240HDE4 (que correspondem a cerca de15 kW). Como este dispe de um custo de $13234, verifica-a sua utiliza-o para a instalao destes mdulos fotovoltaicos corresponde a um custode cerca de 880$/kW.

Foram ainda considerados outros custos, designadamente os decorren-tes das obras de construo civil, estabelecimento de canalizaes e qua-dros eltricos, caixas de ligao, mo-de-obra diversa e outros, os quais seestimam rondar 875$/kW.

Na presena destes valores, estima-se que aproveitamento fotovoltaicodisponha de um montante de investimento unitrio de cerca de 3775$/kWp.Considerando que, no caso de substituio do mesmo, os custos sejam ligei-ramente inferiores, pois ser sempre possvel aproveitar parte do material jinstalado, estima-se que o preo de substituio ronde 3453$/kW. Os cus-

tos de O&M foram calculados na base de 2,5% do investimento inicial, o quecorresponde a cerca de 94,3$/ano/kW.

Conforme se pode verificar na Figura 10, definiu-se uma gama de potn-cias de teste para o aproveitamento compreendida entre 5 e 25 kWp, comintervalos de 5 kWp, selecionou-se o sistema de seguimento solar de 2 eixose introduziram-se as grandezas eltricas dos painis que so apresentadasna referncia [4]. Os restantes parmetros foram deixados com os respeti-vos valores padro.

Figura 10Janela de congurao do gerador fotovoltaico.

Figura 8Janela de congurao do recurso elico.


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DIMENSIONAMENTO DE PEQUENOS SISTEMAS ELETROPRODUTORES HBRIDOS, COM FONTES RENOVVEIS, PARA AUTOCONSUMO

4.2 Aproveitamento elico

Testou-se igualmente a possibilidade de instalao de um aproveitamentoelico, pelo facto da localizao geogrfica do edifcio ser potencialmentefavorvel. Para tal, foram testados dois aerogeradores de diferentes potn-

cias, designadamente: Bergey Excel 10 kW[7]; Westwind 6 kW[8].

No caso do aerogerador Bergey Excel 10 kW dispor do cubo do rotorinstalado 20 metros acima do solo, estima-se que custo total (incluindo trans-porte e instalao) seja de $68678, e o custo de substituio seja de $54943(80% do investimento inicial). No caso de se optar por uma torre de 30m,estima-se que os valores anteriores sejam acrescidos de 10%. Os custosanuais de O&M foram calculados na base de 3% do investimento inicial, cor-respondendo a cerca de 2061$/ano. Na Figura 11 apresenta-se a introduodos dados suprarreferidos no software.

Figura 11Janela de congurao do aerogerador Bergey Excel 10 kW.

No caso do aerogerador Westwind 6 kW dispor do cubo do rotor ins-talado a 10 metros acima do solo, o custo total do mesmo (incluindo trans-porte e instalao) de cerca de $40806 e o custo de substituio de cercade $27888 (80% do investimento inicial). No caso de se optarem por torresde 12, 15 ou 18 metros, estima-se que os valores anteriores que sejam acres-cidos, respetivamente, de 5, 8 e 21%. Estima-se que os custos anuais de O&M

rodem os 3% do valor de instalao, correspondendo a cerca de 400$/ano.Em ambos os aerogeradores, o espao de pesquisa inicialmente definido

era compreendido entre 0 e 5 unidades. Porm, por se ter verificado aolongo das simulaes que as melhores solues raramente propunham ainstalao de mais de 2 aerogeradores. Esta diminuio no espao de pro-cura resultou no aumento das velocidades de simulao.

4.3 Geradores Diesel

Neste estudo foi igualmente considerada a hiptese de se incluir um (ouvrios) gerador(es) Diesel que, em caso de necessidade, dever(o) abas-

tecer a instalao. Na simulao foram testados trs modelos de geradoresque constam no portal Generator Joe2, com diferentes potncias e custos:

Sentinel GPED-65K-3:De 5kW e um custo de $4620 [9]; Centurion 20CP&CP3:De 15kW e um custo de $8588 [10]; Centurion GJSY-025:De 20kW e um custo de $11118 [11].

2 www.generatorjoe.net

O custo de substituio dos geradores foi definido como o mesmo preodo investimento. Para a determinao dos custos de O&M seguiu-se umarecomendao encontrada no frum do portal Homer Energy[12]. Nesse

tpico indicado que este pode ser determinado, com relativa aproximao,

atravs do produto de $0,02 pela potncia do gerador, i.e.,

CO&M

[$/h] = CO&M

[$/kWh] Potncia gerador [kW]

Por precauo, optou-se no presente estudo pelo valor de 0,025$/kWh.Na Figura 12 apresenta-se a introduo dos relativos ao gerador Centu-

rion 20CP&CP3 no software.

Figura 12Janela de congurao do gerador Diesel Centurion 20CP&CP3 [10].

No separador Fuel selecionou-se o combustvel Diesel e introduzi-ram-se as informaes relativas ao consumo de combustvel quando osgeradores se encontram a operar, respetivamente, a 50%, 75% e 100% dacarga. Essas informaes so igualmente disponibilizadas na pgina webdecada um dos geradores [9, 10, 11].

Relativamente s quantidades de geradores em teste, estabeleceu-se umespao de pesquisa de 0 a 3 unidades no caso do gerador de 5 kW, de 0a 2 unidades no caso do gerador de 15 kW e, de 0 a 1 unidade no casodo gerador de 20 kW.

Devido ao facto do presente SEH ser concebido para abastecimento de

um edifcio de servios, deste se encontrar junto a um restaurante e dese prever dot-lo de baterias, estabeleceu-se ainda a obrigatoriedade dosgeradores Diesel no operarem durante o perodo entre as 8h e as 23h.

4.4 Banco de baterias de acumuladores

No presente SEH prev-se ainda a instalao de um banco de bateriasde acumuladores que permita o armazenamento de energia eltrica paraum perodo at 3 dias. Este perodo de reserva estima-se ser suficientepara possibilitar o abastecimento da carga nos instantes em que se verifi-cam menores disponibilidades dos recursos solar e elico, e que se desli-guem os geradores Diesel durante o perodo diurno.

Aps a realizao de um processo de pesquisa de solues e preos, veri-ficou-se que seria mais favorvel proceder instalao de baterias da marcaTrojan e modelo J185H-AC, que dispe de um nvel de tenso de 12 V aosseus terminais e uma capacidade nominal de 225 Ah. Pelo facto do softwareno dispor das caratersticas desta bateria na sua base de dados, verificou--se a necessidade de introduzirem os dados apresentados na Figura 13 eque constam na referncia [13].


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Figura 13 Especicaes da bateria Trojan J185H-AC de 12V/225Ah.

Devido ao facto de se ter selecionado um conversor bidirecional (apre-sentado em 4.5) que dispe de um nvel de tenso, do lado de correntecontnua, de 120 V verificou-se a necessidade de agruparem as baterias emstringsde 10 unidades.

Aps a definio do tipo de bateria a utilizar e do nvel de tenso de ope-rao do banco de baterias, j se renem as condies necessrias para deter-minar a capacidade de armazenamento necessria para 3 dias, que de3:

( ) ( )=

=

=C W n

V L AAh

1

76800 3

120 0, 7 1 0, 0022748

bat d dd

A quantidade de stringsde baterias de acumuladores a instalar dada por:

= =n strings. 2748

22512,21

Optou-se pela instalao de 12 stringspelo facto de se considerar sufi-ciente dispor de perodo de reserva de aproximadamente 2,94 dias. O custonominal desta bateria de $425 e o custo O&M estima-se que seja de 2,5$/ano/bateria. Na Figura 14 apresenta-se a introduo dos custos da bate-ria, bem como a quantidade de stringse de baterias por stringno softwareHomer.

4.5 Conversor bidirecionalFinalmente, igualmente necessrio prever a instalao de um conversor

bidirecional que permita retificar as tenses quando se necessita de trans-mitir energia do barramento de corrente alternada para as baterias (paraque as mesmas sejam recarregadas), e para inverter as tenses quando senecessita de fornecer energia no sentido inverso.

Considerando que pode ser necessria a utilizao do banco de bate-rias para abastecer a totalidade da carga, e que a potncia instalada noedifcio MercoAlcobaa relativamente elevada (principalmente devido quantidade de luminrias existentes no pavilho multiusos, que so

3 C Capacidade do banco de baterias de acumuladores [Ah];

W Energia consumida diariamente (apresentada na Figura 6);

n Nmero de dias de armazenamento;

Vbat

Nvel de tenso eltrica de operao do banco de baterias [V];

Ld Profundidade de descarga da bateria (geralmente entre 0 e 1);

Add Taxa de autodescarga dir ia da bateria (geralmente entre 0 e 1).

esporadicamente utilizadas pelas associaes sediadas no edifcio), prope--se a instalao de um conversor bidirecional Leonics Appolo MTP-413F[14] com uma potncia nominal de 25 kW.

O conversor dispe da capacidade de operar como a principal fonte dealimentao do sistema, de comandar o arranque automtico dos geradorese de gerir o carregamento e descarregamento de um banco de baterias deacumuladores. Dispe de uma tenso nominal, do lado de corrente cont-nua, de 120 V (valor para o qual o banco de baterias foi dimensionado). Dolado de corrente alternada, dispe da possibilidade de operar com as ten-ses (trifsicas) de 380, 400 ou 415 V a 50 ou 60 Hz [14].

No caso em que o conversor se encontre a operar como inversor, esteapresenta uma eficincia mnima de 94% e desconhece-se o valor da eficin-cia aquando do funcionamento como retificador. Por esse motivo, aquandoda introduo dos respectivos dados no software, optou-se por consideraro valor por defeito apresentado pelo Homer(90%).

Estima-se que o custo unitrio deste tipo de equipamentos ronde 500$/kWe um custo anual de O&M 25$/kW/ano. Na Figura 15, apresenta-se a intro-duo dos dados suprarreferidos no software.

Figura 15Janela de congurao do conversor.

Figura 14Janela de introduo da quantidade de baterias em teste e respetivos custos.


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5. Resultados obtidos e processo de deciso

Aps a introduo dos dados relativos aos perfis de carga, recursos prim-rios disponveis e dos componentes a testar, o ltimo passo o de se pro-ceder simulao e escolher a soluo a propor.

No ltimo processo de simulao (aps a afinao das hipteses a anali-sar) o software, processou 1080 combinaes4 testando as vrias quanti-dades de equipamentos e 32 sensibilidades5, relativas aos custos do Diesele s diversas alturas a que se pode instalar o cubo de cada aerogerador. NaFigura 16 apresenta-se a configurao do sistema a simular.

Figura 16 Diagrama do sistema hbrido em teste.

Deste modo, alm da determinao das melhores solues (apresenta-das nesta seco), o softwareanalisa tambm a combinao da cada uma dasfontes com o correspondente custo de investimento, manuteno, O&Me substituio de cada componente ao longo do tempo de durao doprojeto.

O Homerpermite ainda proceder a anlises do desempenho energ-tico ao longo do perodo de um ano para cada uma das solues, o quepermite verificar que nem sempre a soluo dotada de melhores indicado-res econmicos seja a que assegure melhores ndices de fiabilidade.

Aps a realizao da simulao com os componentes apresentados aolongo da seco 4, verificou-se que a melhor configurao do SEH (i.e. aque aparece na primeira linha dos resultados apresentados pelo softwareHomer) alterada em funo das variveis de sensibilidade em anlise.

A primeira concluso dessa anlise o facto de todas as solues timasselecionarem o gerador Diesel de 5kW e o Aerogerador Westwind 6 kWcomo as melhores opes, tendo-se verificado as que modificaes na alturada cubo do Aerogerador Bergey Excel 10 kW nada influenciarem a combi-nao tima dada pelo Homer.

Dessa forma, a anlise de sensibilidade reduz-se relao entre o preo

do Diesel e a altura de instalao do cubo do aerogerador Westwind 6 kW,que pode ser representada atravs de um grficoxycom uma altura fixa docubo do aerogerador Bergey Excel 10 kW (cujo valor indiferente), con-forme se apresenta na Figura 17.

Atravs da anlise do grfico da Figura 17, verifica-se que quanto maisalto for instalado o cubo do aerogerador Westwind 6kW, mais compensainstalar um gerador Diesel. Por outro lado, quanto mais alto for o preo doDiesel, mais aumenta a altura do cubo para a qual a instalao do geradorDiesel se afigura como ideal.

O resultado apresentado pelo grfico parece um pouco estranho, masjustifica-se pelo facto deste apenas dispor de informaes relativas con-figurao tima do SEH e no das potncias a atribuir a cada aproveita-mento, que tambm se alteram com a variao dos preos do Diesel e coma altura do cubo do aerogerador Westwind 6 kW.

4 Dadas pelo produto do espao de pesquisa de cada tecnologia em teste;

5 Dadas pelo produto das entradas de sensibilidade que nose encontrem interligadas entre si.

Atravs da tabela apresentada na Figura 18, alm de ser igualmente pos-svel avaliar a variao da configurao tima do SEH ainda possvel verifi-car as alteraes das potncias a atr ibuir a cada aproveitamento, em funodo preo do Diesel e da altura do cubo do aerogerador Westwind 6 kW.

Figura 18 Variao da congurao tima do SEH e das potncias a atribuir a cada

aproveitamento em funo do preo do Diesel e da altura do cubo do aerogerador Westwind

6 kW.

Analisando os dados da Figura 18, verifica-se, por exemplo, quando opreo do Diesel de 1,77$/litro e a altura do cubo do aerogerador West-wind 6 kW de 10 metros, a soluo tima6 composta por:

6 Que contempla sempre a instalao do banco de baterias de acumuladores e do conversor

bidirecional.

Figura 17 Variao da congurao tima do SEH a instalar em funo do preo do Diesel

e da altura do cubo do aerogerador Westwind 6 kW.


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Sistema fotovoltaico: Com uma potncia de 15 kW; Sistema elico:1 aerogerador Westwind 6 kW.

No caso em que o preo do Diesel de 1,77$/litro e a altura do cubo

do aerogerador Westwind 6 kW passa a ser de 12 metros, a soluo timapassa a ser composta por:

Sistema fotovoltaico:Com uma potncia de 10 kW; Sistema elico: 1 aerogerador Westwind 6 kW; Sistema Diesel:2 geradores Sentinel GPED-65K-3 de 5 kW.

Entre as duas solues timas apresentadas verifica-se que quandoso adicionados os geradores Diesel, a potncia do gerador fotovoltaicodecresce de 15 para 10 kW, o que justificado pelo facto de que, ao seinstalar o aerogerador a uma cota superior, este consiga gerar mais ener-gia devido melhor disponibilidade de vento.

Por outro lado, ao descer a potncia do gerador fotovoltaico, o sistema

torna-se mais vulnervel variabilidade do recurso elico, o que justi -fica a introduo dos geradores Diesel, para serem colocados em fun-cionamento sempre que se verifique uma menor disponibilidade desserecurso.

Existe ainda uma outra soluo que se verifica sempre se teste a ins-talao do cubo do aerogerador Westwind 6 kW a 18 metros, que independente do preo do Diesel (dentro da gama que foi testada), com-posta por:

Sistema fotovoltaico: Com uma potncia de 10 kW; Sistema elico: 1 aerogerador Westwind 6 kW; Sistema Diesel:1 gerador Sentinel GPED-65K-3 de 5 kW.

Esta soluo refora o raciocnio anterior, j que ao aumentar aindamais a altura do cubo do aerogerador, reduz-se a variabilidade do recursoelico, reduzindo igualmente as necessidades de apoio por parte de gera-dores convencionais e fazendo com que neste caso o Homerapenasproponha a introduo de um nico gerador Diesel.

Devido ao facto destas trs solues disporem de nveis de insufi-cincia de produo, respetivamente, de 5%, 3,61% e 4,89%, que sonveis muito elevados para as necessidades de fiabilidade caratersticas deempresas de servios, no se optou por nenhuma das solues suprar-referidas.

Devido ao facto de que grande par te das solues apresentadas peloHomercomo sendo as melhores, disporem de baixos ndices de fia-bilidade e/ou no cumprirem com a restrio que requer que 80% deproduo seja garantida por fontes renovveis, optou-se por uma solu-

o pior em termos econmicos, mas claramente superior nos aspetosanteriormente referidos.

Na Figura 19 apresentam-se os resultados para ltima simulao reali-zada, em que se fixou o preo do Diesel em 2,05$/litro e as alturas mxi-mas de cada aerogerador.

Conforme se pode ver ificar pela anlise da Figura 19 (em que se encon-tra assina lada a soluo que se prope adotar), esta no se encontramuito prxima da apontada como tima pelo software, no entanto dispede ndices de fiabilidade adequados aos requisitos de qualidade neces-srios para o bom funcionamento das associaes sediadas no edifcioMercoAlcobaa.

Conforme se pode verificar nas Figuras 20, 21 e 23, o SEH proposto paraabastecimento do edifcio MercoAlcobaa composto por:

Sistema fotovoltaico:Com uma potncia de 15 kW; Sistema elico:1 aerogerador Bergey Excel 10 kW com o cubo ins-talado cota de 30 metros;

Sistema Diesel:1 gerador Centurion 20CP&CP3 de 15 kW; Banco de baterias de acumuladores:120 baterias Trojan J-185H-AC,

de 12 V/225 Ah, divididas em 12 strings, com 10 baterias cada; Conversor bidirecional:Leonics Appolo MTP-413F de 25 kW.

Na Figura 20 apresentam-se os resultados mensais e anuais de produode energia eltrica atravs de cada um dos aproveitamentos. Pode-se veri-ficar que 63% da carga anual abastecida pelo gerador fotovoltaico, 37%pelo aerogerador e apenas um valor residual assegurado pelo geradorDiesel. Verifica-se assim que a frao de produo de energia eltrica sobfonte renovvel de 99,9%.

Para se conseguirem altos nveis de fiabilidade necessr io que o dimen-sionamento dos sistemas em rede isolada seja realizado de modo a queconsiga garantir o pleno abastecimento da carga, mesmo nos perodosem que a disponibilidade de recursos primr ios seja inferior. Este requisitoresulta em perodos com excessos de produo (em que a energia se perdepor no poder ser utilizada nem armazenada nas baterias), quando a dispo-nibilidade de recursos renovveis abundante.

Figura 20 Resultados eltricos mensais e anuais do SEH proposto.

Na Figura 21, apresentam-se grficos que descrevem indisponibilidade deproduo de energia eltrica em dias caratersticos de cada um dos mesesdo ano. Atravs da anlise dos mesmos verifica-se apenas uma pequena

Figura 19 Lista de melhores resultados para a congurao do SEH, com o preo do Diesel

xado em 2,05$/litro e os aerogeradores nas respetivas alturas mximas.


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indisponibilidade de energia para abastecimento da carga no ms de dezem-bro. Considera-se, porm, que esta pequena insuficincia perfeitamente

tolervel e que, atravs de uma gesto cuidada dos consumos eltricos nosdias em que se verificar que o estado de carga do banco de baterias de acu-

muladores seja baixo, se consiga garantir o regular funcionamento das asso-ciaes que dispem de servios a funcionar no edifcio MercoAlcobaa.

Figura 21 Nveis de insucincia de produo de energia eltrica ao longo de um ano.

Figura 22 Resultados econmicos, no horizonte do projeto, do SEH proposto.

Na Figura 22, apresentam-se os principais indicadores econmicos doprojeto. O softwarefornece informaes acerca do consumo de combus-

tvel, emisses poluentes, entre outras informaes que se sumar izam naseguinte lista:

Investimento inicial: $204278;

Custo atual lquido do projeto (Investimento + Custos de O&M ao

longo de 20 anos): $294740; Custo mdio da eletricidade: 0,918$/kWh;

Encargos totais (durante o horizonte do projeto) com a substituio

de componentes $51148; Encargos anuais de O&M $4402;

Encargos anuais com combustvel $45 (22 litros/ano);

Produo anual de eletricidade em excesso 14 660 kWh (30,3%);

Emisses anuais de CO2: 57,8 kg/ano;

Emisses anuais de CO: 0,143 kg/ano;

Emisses anuais de SO2: 0,116 kg/ano;

Emisses anuais de NOx: 1,27 kg/ano; N mdio de horas anuais de funcionamento do gerador Diesel: 5h.

6. ConclusesA conceo de um SEH um processo que contempla diversos passos,designadamente a caraterizao das cargas a abastecer dos recursos reno-vveis e no renovveis disponveis no local, bem como a seleo dos equi-pamentos e das respetivas potncias a testar.

Para se proceder a uma conveniente caraterizao da carga a abastecer, necessrio proceder a medies num perodo de tempo que seja represen-

tativo dos consumos tpicos da instalao. A recolha de dados pode ser rea-lizada de uma forma simples, atravs de um analisador de energia. Os dados

devem ser tratados de modo a se obterem diagramas de carga representa-tivos de dias tpicos de semana e fim de semana e de parmetros que auxi-liem a caraterizao da variabilidade da carga.

Os dados que caraterizam os recursos renovveis disponveis devemser preferencialmente medidos no local. Devem-se ainda recolher dadosrelativos aos preos dos combustveis para os geradores convencionais,bem como os preos de todos os equipamentos que se pretendem tes-

tar aquando da definio das hipteses possveis ao nvel da configuraodo SEH.

No final de todos os parmetros se encontrarem definidos, devem-se efe-tuar simulaes e avaliar o desempenho tcnico e econmico das diversassolues obtidas, de modo a se identificar a mais adequada em funo dosrequisitos pretendidos. igualmente possvel determinar a frao anual deproduo de cada gerador do SEH e definir o horrio de funcionamentodos geradores convencionais.

O sistema que se identificou como ideal dispe de uma continuidadede servio estimada em 99%, verificando-se ainda que praticamente 100%da carga abastecida atravs dos geradores renovveis.

Apesar dos evidentes benefcios ambientais dos SEH, verifica-se que,devido ao elevado investimento inicial, estes so ainda economicamenteinviveis emzonas onde possvel que a instalao seja abastecida a par-tir da rede pblica.

Como nota final, espera-se que no futuro, devido ao decrscimo dos pre-os dos equipamentos necessrios para os SEH, se venha a verificar a suaviabilidade econmica, a qual iria certamente causar srias dores de cabeas empresas ligadas ao setor eltrico.

Referncias bibliogrcas

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[3] Direo Geral de Energia e Geologia, Preo dos combustveis online -Informao ao consumidor, www.precoscombustiveis.dgeg.pt/?cpp=1,acedido em 12 de julho de 2013;

[4] Sanyo HIT photovoltaic module, www.enat.pt/media/8119/datasheet_SANYO_HIT_EN.pdf, acedido em 13 de agosto de 2013;

[5] Metalogalva - Novo seguidor Solar de 2 Eixos SSx0203 (80m2), http://metalogalva.pt/noticias/novo-seguidor-solar-de-2-eixos-ssx0203-(80m2),acedido em 11 de julho de 2013;

[6] SMA Sunny Tripower, www.sma.de/en/products/solar-inverter-without-transformer/sunny-tripower-10000tl-12000tl-15000tl-17000tl.html, acedido em 13 deagosto de 2013;


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Apresentao dos autores

Edgar Filipe da Silva Franco

[email protected]

licenciado em Engenharia Eletrotcnica Ramode Energia e Automao e mestre em Engenha-ria Eletrotcnica Sistemas de Automao, pelaEscola Superior de Tecnologia e Gesto do Ins-

tituto Politcnico de Leiria, obtendo respetivosgraus em 2009 e 2011. Concluiu em janeiro de2013 o Curso de Doutoramento (no conferentede grau) em Engenharia Eletrotcnica e de Com-

putadores pela Faculdade de Engenharia da Universidade de Porto.Foi projetista de instalaes eltricas em 2010 e bolseiro de investi-

gao do INESC Coimbra em 2011. docente do Curso de Especializao Tecnolgica de Energias Reno-

vveis do Instituto Politcnico de Leiria desde janeiro de 2011.

Antnio Manuel Brites Andr

[email protected]

detentor do Curso de Especializao Tecnol-gica em Energias Renovveis pelo Centro de For-mao para Cursos de Especializao Tecnolgicado Instituto Politcnico de Leiria, obtendo o res-petivo grau em 2013.

Dispe ainda do curso de formao de jor-nalismo, conferido pelo Centro Protocolar de

Jornalistas (CENJOR) e obtido em 1996. funcionrio administrativo e responsvel pela publicao de jor-

nais e revistas da Associao para a Valorizao Agrcola e ProduoIntegrada (AVAPI) desde dezembro de 2012, j tendo desempe-nhado essas funes entre agosto de 2001 e dezembro de 2008.

Foi paginador e jornalista do jornal Regio de Cister entre 1997 e1998, e desempenhou as mesmas funes no jornal A semana entre1998 e 2001. Foi responsvel por vrios Postos de Abastecimento daCIPOL entre 2009 e 2011.

Colaborou com associaes de mbito desportivo e cultural, taiscomo Alcobaa Clube de Ciclismo, e secretrio administrativo daSociedade Filarmnica Maiorguense desde maio de 2013, com a qual

j havia colaborado anteriormente.

[7] Bergy Wind Power - The Excel 10kW Wind Turbine , http://bergey.com/products/wind-turbines/10kw-bergey-excel, acedido em 14 de junho de2013;

[8] Westwind Wind Turbines, www.westwindturbines.co.uk/pages/index.asp?title

=Overview_5kw&catID=198&subcatID=, acedido em 14 de junho de 2013;[9] GeneratorJoe Inc. Sentinel Series, ww.generatorjoe.net/product.asp?0=

543&1=441&3=4339, acedido em 14 de junho de 2013;[10] GeneratorJoe Inc. - Centurion P Series, www.generatorjoe.net/html/genjoe/

Centurion%20P%20Series.pdf, acedido em 14 de junho de 2013;

[11] GeneratorJoe Inc. Centurion SY Series, www.generatorjoe.net/product.asp?3=4034, acedido em 14 de junho de 2013;

[12] 10066 - Diesel O&M costs in HOMER, http://support.homerenergy.com/index.php?/Knowledgebase/Article/View/107/25/10066---diesel-om-costs-in-

homer, acedido em 14 de junho de 2013;[13] Trojan J185H-AC data sheet, www.trojanbatteryre.com/PDF/datasheets/

J185HAC_TrojanRE_Data_Sheets.pdf, acedido em 15 de julho de 2013;[14] Leonics Apollo MTP- 410, www.leonics.com/product/renewable/inverter/

inverter_apollo_mtp-410_en.php, acedido em 19 de junho de 2013.

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