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Sistema híbrido fotovoltaico / eólico / diesel aplicado a um

1. errar 67 Tabela 5 15 Custo da energia das diferentes fontes HOMER eee 67 Tabela 5 16 C lculo do novo consumo de diesel anual do gerador ea 69 Tabela 5 17 Par metros para o c lculo do novo EEDI eee 70 Tabela 5 18 Par metros para o c lculo do novo EEOI eres 70 Tabela 5 19 Plano de investimentos do projecto een arena aerea 72 Tabela 5 20 Plano de explora o e manuten o do projecio eres 72 Tabela 5 21 Custo energ tico do sistema h brido occccconccnccconcnncconcnnoconnnnnonononnononennnnonnnnnnnaneness 74 Tabela 6 1 Compara o dos EEOI e EEDI eee reren serena 77 Tabela 6 2 Compara o de consumos de diesel e emiss es de COS 71 Tabela C 1 Plano de investimentos do projecto a nennen 95 XVII XVIII AG AIS CFR DC ECPINS EEDI FEOI ETAR FV GEE GPS HOMER HSP HVAC IMO MEPC MCR NOCT PCI POM PV RADAR SEEMP VAL VHF VOC LISTA DE ACR NIMOS E ABREVIATURAS Alternating Current Automatic Identification System Code of Federal Regulations Direct Current Electronic Chart Precise Integrated Navigation System Energy Efficiency Design Index Energy Efficiency Operational Indicator Estac o de Tratamento de guas Residuais Fotovoltaico a os as Gases do Efeito Estufa Global Positioning System Hybrid Optimization Model for El
2. O aumento das part culas de sulfato durante o arrefecimento dos gases de escape est em concord ncia com as concentra es de SO detectadas nos gases de escape quentes indicando que o sulfato formado por oxida o de SO seguido de forma o e condensa o de H gt SO Moldanov et al 2009 2 2 2 Danos provocados pelos poluentes Numa escala local os efeitos dos poluentes presentes nas emiss es podem ser significativos principalmente em guas costeiras pouco profundas onde o transporte mar timo mais concentrado Eyring et al 2010 A sensibilidade das cidades portu rias polui o atmosf rica depende entre outros factores da densidade do tr fego de navios Winnes amp Fridell 2010 Os impactos regionais das emiss es dos navios incluem aumentos na concentra o de NOx CO VOCs e SO e consequentes perturba es do ozono e outros produtos fotoqu micos aumento da concentra o de part culas e uma maior deposi o de compostos de enxofre e de azoto acidificantes e eutrofizantes O aumento de NOx e SO provenientes dos navios contribui para a acidifica o dos oceanos Eyring et al 2010 Determinados estudos epidemiol gicos relacionam as concentra es de part culas com os impactos negativos para a sa de incluindo asma ataques card acos internamentos nos hospitais e mortalidade prematura Indicam que as emiss es de part culas relacionadas com o transporte mar timo s o respons veis po
3. cN yunid SINWo O Pe Pa togsn 30 A S p gt SOIVISA NON Ana Catarina Martinho Nunes Mestre em Ci ncias Militares Navais Especialidade de Marinha Sistema hibrido fotovoltaico eolico diesel aplicado a um navio do ponto de vista energetico ambiental e economico Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia Orientador Professora Doutora Isabel Maria das Merc s Ferreira Professora auxiliar FCT UNL J ri Presidente Prof Doutora Benilde Sim es Mendes Arguente Doutor Carlos Nunes Rodrigues Vogal Prof Doutora Isabel Maria das Merc s Ferreira FACULDADE DE CIENCIAS E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Setembro 2014 cN yunid SINWo O Pe Pa togsn 30 A S p gt SOIVISA NON Ana Catarina Martinho Nunes Mestre em Ci ncias Militares Navais Especialidade de Marinha Sistema hibrido fotovoltaico eolico diesel aplicado a um navio do ponto de vista energetico ambiental e economico Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia Orientador Professora Doutora Isabel Maria das Merc s Ferreira Professora auxiliar FCT UNL J ri Presidente Prof Doutora Benilde Sim es Mendes Arguente Doutor Carlos Nunes Rodrigues Vogal Prof Doutora Isabel Maria das Merc s Ferreira FACULDADE DE CIENCIAS E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Setembro 2014 FICHA T CNICA T tulo Sistem
4. Quantidade de energia Custo energ tico Sistema produzida num ano kWh kWh Total 56 972 40 0 513 FV 43 141 41 0 678 E lico 3 302 66 8 851 Frac o renov vel 46 444 07 0 629 Diesel 10 528 326 2 776 74 6 DISCUSS O DE RESULTADOS 6 1 Diagrama final do sistema h brido FV e lico diesel A figura 6 1 apresenta o diagrama final do sistema h brido FV e lico diesel em estudo Para al m dos componentes seleccionados pode se observar as tens es e tipos de corrente dos diferentes circuitos 1 Gerador a diesel 117 M dulos FV Monitoriza o 2 Turbinas e licas Md A 400 V j bah 24 W Aplica es Controlador de el ctricas do navio carga e lico 2 Inversores Controlador de j DCIAC carga FW 33 Baterias i DC deee arron DC DC c E 390 V 7 nn 390 Y 400 Y Figura 6 1 Diagrama do sistema de energia h brido FV e lico diesel L Esta configura o final uma optimiza o do sistema h brido tendo em conta as necessidades el ctricas do navio os recursos energ ticos dispon veis privilegiando os renov veis e a rela o custo benef cio de cada componente 6 2 HOMER Quanto an lise de produ o de energia constata se que o sistema FV produz mais energia entre as 11 e as 17 horas e entre os meses de marco e setembro a n vel anual o que justific vel pelo facto da radia o solar ser mais intensa nesses per odos Adicionalmente o n mero
5. rugosidade de diversos tipos de terrenos os locais povoados s o potenciais originadores de turbul ncia no vento enquanto o meio mar timo apresenta uma rugosidade muito reduzida Assim os ventos no mar s o mais constantes o que lhe atribui maior potencial para aproveitamento de energia e lica Ferreira 2011 Existem estudos pr vios de viabilidade que s o baseados em dados meteorol gicos velocidade do vento e insola o solar e em requisitos de carga para um local espec fico De forma a calcular o desempenho de um sistema existente ou prever o consumo de energia ou a energia produzida a partir de um sistema na fase de concep o s o necess rios dados meteorol gicos adequados 16 Um sistema h brido e lico solar pode ser projectado com a ajuda de padr es clim ticos globais para qualquer localiza o do mundo em que a decis o sobre a melhor solu o vi vel baseia se na localiza o A combina o de m dulos FV e de turbinas e licas num sistema h brido de energia reduz as necessidades do banco de baterias e do diesel mas a viabilidade deste sistema depende fortemente da radia o solar e do potencial do vento dispon veis no local Deste modo s o utilizados dados de esta es meteorol gicas para os estudos de pr viabilidade de projectos deste tipo de sistemas Nema et al 2009 A energia FV produzida n o regular apresentando picos de altos e baixos devido flutua o da radia o solar provocad
6. o dos danos e preju zos causados pelas emiss es poluentes e A identifica o de solu es tecnol gicas e operacionais que possibilitem aos navios um menor consumo de combust vel e A identifica o e caracteriza o de sistemas de energia h bridos pass veis de serem implementados em navios e A caracteriza o do navio LISBONENSE e A identifica o da area de navega o onde opera o LISBONENSE caracterizando as vari veis meteorol gicas e oceanogr ficas que influenciam o sistema de energia h brido e A elabora o de um modelo te rico pr tico de um sistema de energia h brido FV e lico diesel dimensionado e optimizado aplic vel ao navio e Utiliza o de softwares como ferramenta auxiliar do dimensionamento e An lise ambiental e econ mica do projecto do sistema de energia h brido proposto 1 2 Partes constituintes da investiga o Enquadramento te rico A presente disserta o come a por apresentar o problema representado pelas emiss es atmosf ricas poluentes provenientes dos navios a par de legisla o que tem vindo a ser promulgada no intuito de mitigar esta complexa quest o No presente trabalho s o discriminadas solu es tecnol gicas utilizadas para melhorar a efici ncia energ tica de navios tanto em Portugal como a n vel internacional Ap s uma breve introdu o s energias renov veis o destaque principal incide sobre os sistemas de energia h bridos e em particular
7. 1 Figura 1 2 Emiss es poluentes de um navio Bluebird Marine Systems Ltd 2014 3 Figura 2 1 F rmula de c lculo do EEDI IMO 2012 oocccccccccccccnccccocccnnccononccnnonononcnnnnnnnnncnnnnnnnanennnoos 7 Figura 2 2 GEE e consequente aumento da temperatura global Chiozzotto 2011 10 Figura 2 3 Contribui o relativa das emiss es da navega o internacional em 2005 de NO e PMs European Environment Agency 20 13 Sr ea 11 Figura 2 4 Mortalidade cardiopulmonar anual na Europa atribu da as emiss es de part culas pelos Navies Corbett eral 2007 tana ti 12 Figura 2 5 Sistema de energia h brido FV diesel Park et al 2001 c 00ooccccccccccocconnccnnnccnnnnannnnnnnnnnnnos 18 Figura 2 6 Exemplo de sistema de energia h brido FV eolico diesel baterias no Ir o Maleki amp A O me 22 Figura 2 7 Energia el ctrica necess ria a e fornecimento de energia das diferentes fontes a b MalekirsAsKarzaden 20 A 23 Figura 2 8 Exemplo de sistema de energia h brido FV eolico diesel baterias em Espanha Dufo EA RE a ce ee eee 23 Figura 3 1 LISBONENSE a operar no Rio Tejo Macedo 2011 nenne nnnnnnnn nenn 28 Figura 3 2 rea do trajecto do LISBONENSE utilizada para estudo Software ECPINS 29 Figura 3 3 Orienta o e inclina o dos m dulos FV Morais 2009 32 Figura 3 4
8. 12 V 9 825 17 Ah c N mero m nimo de baterias 9 825 17 Ah 300 Ah 0 8 40 94 41 baterias Atendendo a tens o do sistema FV 390 V o banco de baterias tem que ter uma tens o semelhante de modo a diminuir as perdas de energia Optando se por totalizar os 390 V calcula se o n mero de baterias em s rie e em paralelo a N mero de baterias em s rie Tens o do sistema Tens o da bateria 390 12 32 5 33 baterias em s rie b N mero de baterias em paralelo Total baterias N mero de baterias em s rie 41 33 1 24 2 baterias em paralelo c Total de baterias 33 x 2 66 baterias Como o n mero total de baterias muito superior ao m nimo necess rio prop e se a instalac o apenas de baterias em s rie e nenhuma em paralelo d Correc o do total de baterias 33 baterias em s rie Existem sempre equipamentos a consumir energia durante as horas de navega o logo muito dificilmente as baterias conseguem carregar todas a 100 n o existindo necessidade de instalar baterias em paralelo Relativamente ao sistema e lico calculou se o n mero de baterias necess rias de acordo com o output m dio di rio de cada turbina e lica a Capacidade total necess ria Ah a 12 V 1262 81 Wh dia x 1 dia 12 V 105 23 Ah b N mero m nimo de baterias 105 23 Ah 300 Ah 0 8 0 44 1 bateria c N mero de baterias em s rie Tens o da turbina e lica Tens o da bateria 26 24 12 2 b
9. PVshop eu 2014 Especifica o Modelo Tens o entrada DC Corrente m xima DC Pot ncia nominal entrada DC Pot ncia m xima entrada DC Efici ncia Tens o sa da AC Corrente m xima AC trif sica Pot ncia nominal sa da AC Pot ncia m xima sa da AC Frequ ncia Peso Dimens o Pre o Ciclo de vida 1 Inversor PVI 12 0 I OUTD 400 S 390 V 50 A 2 x 25 A 12 300 W 13 700 W 97 400 V 18A 12 000 W 12 500 W 57 63 Hz 45 8 Kg 716 mm x 645 mm x 222 mm 2044 85 15 anos ud agi LE go 00 aa Pi e apg PE 2 Inversores em paralelo PVI 12 0 1 OUTD 400 S 390 V 100A 24 600 W 27 400 W 97 400 V 18A 24 000 W 25 000 W 57 63 Hz 91 6 Kg 1430 mm x 645 mm x 222 mm 4089 10 15 anos Figura 5 15 Inversor PVI 12 0 I OUTD 400 S PVshop eu 2014 O local seleccionado para instalac o dos inversores o espaco da casa das m quinas do LISBONENSE cuja planta figura D 1 se encontra no Anexo D 5 2 6 Sistema de controlo e monitoriza o O dispositivo com o sistema de monitorizac o permite controlar e monitorizar os subsistemas do sistema h brido FV e lico diesel e baterias em tempo real incluindo diversos par metros que permitem rentabilizar o sistema e diminuir as emiss es de CO 60 O equipamento seleccionado o Sunny Home Manager figura 5 16 que sendo uma ferramenta de monitoriza o e gest o inteligente do sistema de energia
10. fornece informa es remotas atrav s do SMA Sunny Portal na internet Para al m de uma vis o geral de todos os fluxos de energia que se encontrem a decorrer no sistema o dispositivo apresenta recomenda es de gest o de energia e pode controlar as cargas el ctricas automaticamente optimizando todo o sistema O dispositivo regista o padr o normal dos consumos e relaciona esta informac o com uma previs o meteorol gica Deste modo o Sunny Home Manager permite que seja consumida uma maior proporc o de energia produzida pelas fontes de energias renov veis com elevada efici ncia energ tica O custo do Sunny Home Manager com monitorizac o do sistema sem fios atrav s de Bluetooth 375 20 Wind amp Sun Ltd 2013 SUNNY HOME MANAGER O Y to y dl Cm E Figura 5 16 Sistema de controlo e monitoriza o Sunny Home Manager SMA Solar Technology AG 2013 O operador pode utilizar o display figura 5 17 para receber informa es em directo sobre a gest o de energia Os dados s o actualizados a cada 10 segundos o que permite melhorar o rendimento do sistema As principais caracter sticas do equipamento s o e Transpar ncia para todos os fluxos de energia e Monitoriza o gratuita do sistema assegura o rendimento ideal e Facil instala o e Notifica o imediata atrav s de e mail no caso de ocorrer uma falha e Os valores de energia produzida e dos consumos el ctricos s o vis veis e
11. gia de operac o do fluxo de energia pode ser delineada antes do dimensionamento 21 O sistema de controlo dos sistemas h bridos deve minimizar o consumo de combust vel e consequentemente o custo energ tico atrav s da maximiza o de energia proveniente de fontes renov veis Tendo em considera o as flutua es dos recursos energ ticos necess rio desenvolver a t cnica do controlo atempadamente Na optimiza o dos sistemas a modela o dos componentes deve ser feita primeiro individualmente e em seguida avalia se a sua combina o Nema et al 2009 Um estudo modelou e optimizou um sistema h brido FV e lico diesel com baterias aut nomo utilizado para alimentar a rede el ctrica de Rafsanjan uma rea remota do Irao A figura 2 6 apresenta a sua configura o consistindo em pain is FV PV Panel turbinas e licas Wind Turbine um gerador a diesel Diesel Generator e baterias Battery Antes da carga Load utilizado um inversor DC AC uma vez que a maioria dos aparelhos el ctricos alimentada com corrente alternada Caso as necessidades el ctricas sejam demasiado elevadas ultrapassando a capacidade das baterias o gerador a diesel satisfaz a restante carga A modela o foi feita atrav s do software Matlab Maleki amp Askarzadeh 2014 Wind Turbine DC Bus gt AC DC be DC DC gt DCDC Battery p DC DC DC AC gt Load PY Panel Diesel generator AC DC gt DC DC F
12. navio a 390 V Um sistema e lico constitu do por determinado n mero de turbinas e licas ligado ao barramento DC do navio a 24 V Um conjunto de baterias nos barramentos DC para armazenar a energia produzida pelos sistemas FV e e lico Um controlador de carga entre o sistema FV e o banco de baterias Um controlador de carga entre cada turbina e lica e o banco de baterias Um inversor constitu do por uma ou mais unidades que converte a corrente DC a 390 V em AC a 400 V correspondente ao barramento AC do navio Um gerador a diesel ligado ao barramento AC de 400 V do navio Um sistema de controlo e monitoriza o que permite gerir e controlar os subsistemas de energia incluindo o gerador a diesel Se a produ o de energia proveniente dos sistemas FV e e lico exceder as necessidades el ctricas do navio o excesso carrega o banco de baterias at os controladores de carga dos subsistemas permitirem Se por sua vez esta produ o de energia n o for suficiente para satisfazer a totalidade das necessidades das aplica es el ctricas assumindo que o banco de baterias se encontra descarregado at ao m nimo aceite pelo utilizador do sistema o gerador a diesel inicia a produ o de energia el ctrica e fornece a quantidade remanescente Componentes do sistema h brido FV e lico diesel De modo a proceder se selec o dos componentes mais adequados para a proposta do sistema h brido a instalar no LISBONENSE f
13. os que incluem fontes de energia FV e ou e lica em combina o com gerador a diesel e baterias Metodologia O trabalho te rico pr tico realizado um complemento ao enquadramento te rico que se apresenta e com o apoio dos softwares HOMER e RETScreen permite dimensionar e optimizar um sistema de energia h brido FV e lico diesel que demonstre ser adequado para o navio LISBONENSE Este trabalho te rico pr tico inclui de forma sucinta a Caracterizac o energ tica do navio LISBONENSE b Selec o dos componentes constituintes do sistema de energia h brido c Elabora o do modelo do sistema de energia h brido d Dimensionamentos do sistema e subsistemas e Optimiza o do sistema de energia h brido Resultados Dos resultados analisados obt m se um sistema de energia h brido FV e lico diesel com determinados componentes e optimizado caracterizado do ponto de vista energ tico econ mico e ambiental ap s estudo da sua implementa o no navio Recomenda es O trabalho conclui se com a proposta de implementa o de um determinado sistema de energia h brido FV e lico diesel no navio LISBONENSE a fim de diminuir a sua depend ncia e consumo de combust vel f ssil e consequentemente as emiss es poluentes com a melhor rela o custo benef cio obtida 1 3 Justifica o do tema da disserta o A op o por este tema surgiu perante a constata o dos efeitos prejudic
14. veis e resistentes aos raios ultravioletas a temperaturas extremas ao ozono e absor o de gua Para uma eficaz prote o de curto circuito s o recomendados cabos isolados monopolares para os condutores positivos e negativos 3 4 3 Turbinas e licas Dependendo dos recursos existentes a energia e lica pode produzir mais W por cada investido do que qualquer outra energia renov vel Se n o houver vento n o h produ o contudo enquanto o vento soprar acima de determinado valor dependendo da turbina e lica haver sempre produ o 24 horas 7 dias por semana Futurenergy 2006 As turbinas e licas s o seleccionadas para serem instaladas no tecto da ponte e como tal t m que ter dimens es reduzidas principalmente a altura e o di metro de forma a minimizar as altera es no deslocamento do navio tamb m fundamental manter a estabilidade do mesmo logo 34 as turbinas e licas t m que ser distribu das uniformemente a dist ncias id nticas e pr ximas do meio do navio De forma a ter se conhecimento da produ o de energia di ria das turbinas e licas aplica se a f rmula e Output di rio da turbina e lica Wh dia Pot ncia da turbina e lica correspondente a determinada velocidade do vento W x N Horas de vento com a respectiva velocidade h A produ o de energia da turbina e lica depende da velocidade do vento no local a determinado momento e das caracter sticas da pr pria tur
15. 2012 Nema et al 2009 O HOMER sugeriu um sistema h brido optimizado constitu do por tr s turbinas e licas de 600 kW cada uma 26 de energia e lica pain is FV com 1000 kW 9 de energia solar quatro geradores com 1120 kW de pot ncia cada um e um conversor O sistema proposto fornece energia vila com 35 de energia renov vel com ventos m dios de 5 85 m s e radia o solar de 5 75 kWh m dia e com 65 de energia proveniente dos geradores a diesel O excesso de energia produzido correspondente apenas a 4 1 Rehman et al 2012 No National Renewable Energy Laboratory NREL o HOMER tamb m utilizado como ferramenta para dimensionamento e optimiza o de sistemas Mezzai et al apresenta um estudo referente a Bejaia uma regi o costeira da Arg lia com grande potencial solar sobre identifica o e modela o de um sistema energ tico h brido FV e lico c lulas de combust vel com baterias A estrat gia de controlo foi experimentalmente implementada e compararam os resultados pr ticos com os resultados da simula o sob as mesmas condi es meteorol gicas mostrando a efic cia do sistema h brido proposto Neste projecto o sistema de armazenamento composto por oito baterias interligadas em s rie e paralelo para obter a tens o necess ria Estas s o utilizadas quando o sistema FV ou e lico n o podem ser funcionais armazenando a energia e garantindo a autonomia a tens o e a corrente necess rias par
16. FV diesel para um pequeno navio O objectivo de aplicar este tipo de sistema minimizar o consumo de combust vel e atrav s de armazenamento da energia em baterias o motor a diesel mant m o output constante com elevada efic cia apesar da flutua o da pot ncia FV Comprovaram que um grande sistema FV e uma pequena bateria tende a ter inferior taxa de utiliza o dos recursos FV Se a dimens o do painel for adequada e a bateria possuir uma elevada capacidade de armazenamento a radia o solar aproveitada ao m ximo Por outro lado um sistema com um pequeno subsistema FV tende a ser pior no consumo de combust vel Concluiram que os sistemas com pain is FV de maior pot ncia e baterias com maior capacidade de armazenamento podem mesmo prescindir do consumo de combust vel Park et al 2001 No sistema h brido projectado para o navio em Osaka uma das desvantagens do sistema FV a flutua o imprevis vel da energia el ctrica produzida causada pela radia o solar inst vel Este factor pode fazer com que o output do motor a diesel flutue diminuindo a sua efic cia e aumentando os gases de escape A disposi o dos componentes principais painel FV PV Array gerador a diesel Diesel Generator bateria Battery e inversor Inverter do sistema de energia considerado apresentada na figura 2 5 Com esta disposi o sup em se determinadas condi es e pot ncia do output do gerador a diesel de sa da pode ser
17. Figura 5 11 Energia produzida pela turbina e lica FE1024U 24V Futurenergy 2006 Com base na informac o do gr fico anterior calculou se o Output m dio di rio da turbina e lica atrav s das pot ncias correspondentes s velocidades do vento no local cujos resultados constam na tabela 5 7 Os registos hor rios entre 1 de janeiro e 31 de dezembro de 2013 do vento no local de estudo foram fornecidos pelo Instituto Portugu s do Mar e da Atmosfera e pelo Instituto Hidrogr fico Instituto Portugu s do Mar e da Atmosfera 2014 Instituto Hidrogr fico 2014 Com base nesta informac o a Apurou se o numero de horas em cada dia em que o vento soprou acima dos 3 m s excluindo as restantes gr ficos do Anexo A b Calculou se a m dia da velocidade do vento para cada dia gr ficos do Anexo A c Com base nos valores da pot ncia da turbina e lica figura 5 11 calculou se o output di rio Wh dia de cada uma d Obteve se para cada m s a m dia do output di rio Wh dia de cada turbina e lica No entanto necess rio incluir o deslocamento do navio pois a navegar que os equipamentos consomem energia el ctrica do gerador ou no caso deste estudo de todas as fontes de energia A velocidade de servi o do navio s o 11 n s o que equivale a 5 6 m s Com base neste valor calculou se um novo output m dio di rio Este valor foi tido em considera o apenas nas horas do dia em que o LISBONENSE navega Os resul
18. M dia da radia o solar di ria a e anual b na rea em estudo Stackhouse 2014 Magalndes 20 iii a a A 33 Figura 3 5 Gerador Caterpillar C4 4 DITA Caterpillar 2007 eee 37 Figura 5 1 Planta do LISBONENSE 0 0 oo ccccccccsseeceeecseeeeeeesaeeeeeeeesaeeeeeeessaeeseeesseaeeeeesseaseeeeessaeeeees 44 Figura 5 2 Conv s do sol rio do LISBONENSE dociccccccocccnncccnnnccnncnononcconnnononnnnnonononnnonnnonannrnnonnnnnness 44 Figura 5 3 Objectos a considerar no c lculo da rea til do conv s do sol rio conjunto de jangadas Salva vidas Sola tl e liado 45 Figura 5 4 ECO da PONE cdt laica ico oido 45 Figura 5 5 M dulo FV 255 PQ60 Open Renewables 2013 erre 47 Figura 5 6 Curva caracter stica dos m dulos FV 255 PQ60 Open Renewables 2013 47 Figura 5 7 Disposi o dos m dulos FV 255 PQ60 no conv s do sol rio do LISBONENSE 48 Figura 5 8 Cabo el ctrico PV1 F para sistemas FV Quickbit 2014 51 Figura 5 9 Turbina e lica FE1024U 24V Better Generation Group Ltd 20122 e 52 Figura 5 10 Vista frontal Disposi o das turbinas e licas FE1024U 24V no tecto da ponte do LISBONENSE ss ee A a a 53 Figura 5 11 Energia produzida pela turbina e lica FE1024U 24V Futurenergy 2006 54 Figura 5 12 Bateria CSPOWER CG12 300 CSPower 2014 56 Figura 5 13 Controlador de carga
19. Sistema de controlo e monitoriza o terrena neeaerrana rea rerana nen erranan ea aeerananna o 60 5 3 PROJECTO INTRODUZIDO NO HOMER rrenan aaa 64 5 8 1 Resultados do HOMER a n vel energ tico e ambiental eee 64 5 3 2 Resultados do HOMER a n vel econ mico anna 67 5 4 EMISS ES POLUENTES DO SISTEMA H BRIDO eee 69 5 5 AN LISE ECON MICA DO PROJECTO DO SISTEMA HIBRIDO 0 cecceccecccecceccecccuccuceececuceueaeceeeannass 71 6 DISCUSS O DE RESULTADOS unnnuunannunnannunnnnannnnnnnnnnnunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnunnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 75 6 1 DIAGRAMA FINAL DO SISTEMA H BRIDO FV EOLICO DIESEL 2 ccceccecceeceeceececcecceecuccuccuscuseuesueeaees 75 A O A A A a a 75 63 REDU O DAS EMISS ES POLUENTES A ota 76 GA ASPECTOS ECONOMICOS o e aa et es 78 7 CONCLUS ES E RECOMENDACOES coccion 79 8 BIBLIOGRAFIA a o en enews 81 ANEXOS E a gos aa ee ae HEN anus loca T So ne TEEN ee o guia 89 A DADOS D VENTO NO LOCAL DE ESTUDO ssa eit a er 89 B DADOS INTRODUZIDOS NO HOMER 0 00 ccccccccccccccecccccccecccccccucucecccauacacauauaenenenenenenenenenenenensneneneness 93 XII C D AUXILIAR DA AN LISE DE PROJECTO PLANTA DO ESPA O DA CASA DAS M QUINAS ccccccseececeeesececeececsensecceeaccesensececetseeeecreesetseeeenrersens XII XIV NDICE DE FIGURAS Figura 1 1 Gases do efeito estufa a provocarem aquecimento global Foga a 2012
20. como se verifica na figura 5 7 A distribui o foi feita atrav s do software Adobe Photoshop CC 2014 com a escala ajustada Clarab olas de abrir Figura 5 7 Disposi o dos m dulos FV 255 PQ60 no conv s do sol rio do LISBONENSE Constatou se que o navio s tem capacidade relativamente ao espa o dispon vel para instalar 120 m dulos FV do modelo 255 PQ60 Como a tens o das aplica es el ctricas do navio s o 400 V e a corrente 75 A os m dulos t m que ser ligados de forma a aumentar a sua tens o individual de utiliza o 30 V diminuindo assim as perdas de energia atrav s do sistema incluindo no banco de baterias e no inversor Para tal os m dulos FV t m que ficar ligados em associa es s rie paralelos Adicionalmente evita se um aumento exagerado da intensidade de corrente que iria exigir cabos com sec o maior 48 representando um constrangimento para o navio em estudo Assim calcula se o n mero de m dulos ligados em s rie e em paralelo a b Numero de m dulos ligados em s rie 400 V 30 V 13 3 14 m dulos Numero de m dulos ligados em paralelo 75 A 8 5 A 8 8 m dulos 9 m dulos Como os m dulos t m que constituir n meros inteiros arredondaram se os valores para cima pois os valores abaixo n o seriam suficiente Assim sab D a h N N mero total de m dulos 14 x 9 126 m dulos Tens o do si
21. controlada e A bateria pode ser carregada e descarregada em qualquer altura se necess rio e O armazenamento de energia da bateria pode ser conhecido Park et al 2001 Diesel Generator Battery Load Figura 2 5 Sistema de energia h brido FV diesel Park et al 2001 18 No estudo em que o navio utilizado no transporte entre a ilha de Geoje e o continente o prot tipo do navio verde consiste num sistema de energia FV um motor a diesel baterias de armazenamento de energia um sistema de controlo h brido um inversor aut nomo e ligado rede Os objectivos deste prot tipo s o minimizar o consumo de combust vel operando em modo individual e num futuro pr ximo apoiar a rede el ctrica ligado rede do continente e da ilha A pot ncia do sistema h brido 3 2 kW para assegurar as aplica es el ctricas do navio tais como ilumina o GPS sistemas de comunica o e v deo Como tal foram instalados pain is FV com 3 2 kW em condi es NOCT na parte traseira de um navio convencional de passageiros Neste est o instalados dois geradores a diesel 20 kW para satisfazer as ocasionais cargas de pico do motor do guincho que puxa a ncora do navio Contudo a pot ncia das aplica es el ctricas de base do navio inferior a 3 kW que pode ser completamente assegurada pelo sistema FV em condi es NOCT Foi tamb m instalado um banco de baterias no por o do navio considerando a estabilidad
22. ctricas utilizadas diariamente no LISBONENSE que totalizam a pot ncia m xima de 39 4 kW est o apresentadas na tabela 3 2 N o foram inclu das aplica es utilizadas em caso de emerg ncia como por exemplo o farol de busca Tabela 3 2 Aplica es el ctricas di rias do LISBONENSE Transtejo a Transtejo b Equipamentos el ctricos GPS Far is de navega o Bombas de lastro esgoto Impulsor de proa Unidade de tratamento de ar Compressor de ar RADAR de rio Compressor de HVAC Bombas de combust vel Apito el ctrico Bomba de circula o do condensador Depuradoras AIS Extractor Separador de guas oleosas Repetidor de dados ETAR e bomba de descarga Bomba hidr ulica Girob ssola Hidr foro de gua salgada Intercomunicadores Od metro Hidr foro de gua doce Consola de alarmes Sonda de fundo baixo Alternador Termoacumulador Radiotelefone VHF Escape Televis o Limpa vidros Bombas de inc ndio baldea o Considera se que todos os equipamentos el ctricos apresentados funcionam a uma tens o de 400 V O valor de 39 4 kW considerado a pot ncia m xima do consumo contudo os equipamentos n o se encontram na totalidade a trabalhar em simult neo Em 2013 o gerador a diesel funcionou durante 1446 horas de forma a alimentar electricamente os equipamentos durante as navega es o que equivale a uma m dia de 4h dia 28 L Area de estudo 3 2 O navio em foco neste estudo LISBONENSE ope
23. da efici ncia com base no CO e calculado pela seguinte f rmula EEDI Main engine s Auxiliary engine s Energy saving technologies auxiliary power roba lesma power M nPTI ne ff M nME ref ME Pueto Crue ye Par Crag SF Cage fe gt Porri gt fess o Pagersco Cras SFlag gt Ferro Pepsi Came SF Cmte j i i 1 A i 1 1 1 i j 1 ji fe Capacity hi Vref Transport work Figura 2 1 F rmula de c lculo do EEDI IMO 2012 Os termos que comp em o c lculo do ndice s o CF Factor de convers o n o dimensional entre o consumo de combust vel medido em te a emiss o de CO medida em t com base no teor de carbono Os ndices Mei e Aei referem se aos motores principais e auxiliares respectivamente O CF corresponde ao combust vel utilizado quando determinado o SFC Vref Velocidade do navio medida em n s milhas n uticas por hora em guas profundas na condi o de capacidade m xima com determinada pot ncia nos veios dos motores e assumindo que n o h efeito do vento e da ondula o Capacidade Tonelagem de arquea o bruta Peso bruto Diferen a em toneladas entre o deslocamento de um navio em guas com densidade relativa de 1 025 kg m e com o calado m ximo operacional e o deslocamento leve P Pot ncia dos motores principais e auxiliares medida em kW Os ndices ME e AE referem se aos motores principais e auxiliares r
24. de horas de pico de sol mais elevado no ver o O sistema e lico produz energia de um modo quase uniforme destacando se apenas uma ligeira redu o durante a noite Esta produ o justific vel pelo elevado potencial de vento em Portugal ao longo de todo o ano A n vel de utiliza o do gerador e diesel verifica se que est sempre em funcionamento durante os per odos em que o navio se encontra a 75 navegar e a utilizar as respectivas aplica es el ctricas Contudo salienta se uma redu o entre mar o e setembro devido ao aumento de produ o de energias renov veis nesse per odo principalmente de origem FV Verifica se que ao final do dia a produ o tamb m menor pois a energia renov vel que foi produzida durante o per odo diurno cobre uma grande parte das necessidades energ ticas em paralelo com a energia armazenada nas baterias No caso do inversor ao contr rio do gerador a diesel mas pelo mesmo motivo aumento da disponibilidade dos recursos renov veis verifica se uma maior utiliza o entre mar o e setembro e no per odo nocturno O valor das perdas energ ticas deste equipamento cerca de 1242 kWh por ano deve se transforma o da corrente DC em AC e s diferen as de tens es Pode se observar que das emiss es atmosf ricas emitidas pelo navio calculadas pelo HOMER o componente que se destaca o CO com 97 46 seguido dos NOx com 2 07 Quanto an lise econ mica do HOMER dest
25. e lico assim como durante a fase de desactiva o dos mesmos As emiss es consequentes destes processos dependem das tecnologias utilizadas da dist ncia percorrida entre a f brica e o local do sistema de energia e do tipo de transporte utilizado Dufo L pez et al 2011 2 3 2 Disponibilidade dos recursos renov veis A contribui o da energia e lica e solar em sistemas energ ticos depende da intensidade e da dura o da disponibilidade das respectivas fontes de energia e as condi es clim ticas determinam esta disponibilidade e respectiva quantidade Por exemplo num estudo focado em Bugia uma cidade da Arg lia a contribui o do vento com uma velocidade de 4 5 m s foi 13 enquanto a uma velocidade de 5 0 m s foi 18 Este estudo comprovou que por cada aumento de 0 5 m s na velocidade do vento a contribui o da energia e lica aumentava 5 no sistema Por outro lado a contribui o da energia solar aumenta 1 por cada aumento de 0 5 kWh m d na intensidade da fonte solar O dimensionamento de um sistema e lico depende principalmente da localiza o pois esta determina a velocidade m dia do vento e consequentemente a energia dispon vel para o consumo das aplica es Mezzai et al 2014 Assim os sistemas de energia e lica podem n o ser tecnicamente vi veis em todos os locais devido a eventuais baixas velocidades do vento e ao facto de ser mais imprevis vel que a energia solar Nema et al 2009 Devido
26. estado de carregamento Maleki amp Askarzadeh 2014 b Se pelo contr rio essa produc o n o for suficiente as baterias descarregam No banco de baterias deve ser instalado um controlador de carga para evitar o excesso na entrada e sa da de energia nas baterias A principal fun o deste regulador de carga proteger as baterias de serem sobrecarregadas ou descarregadas profundamente O controlador regulador de carga um dos principais componentes de um sistema FV sendo o respons vel pela durac o da vida til dos bancos de baterias que s o dos componentes mais dispendiosos neste tipo de sistemas Os controladores de carga possuem uma s rie de dispositivos que informam permanentemente sobre o estado de carga do sistema e alertam o utilizador para que este possa 35 adaptar a instala o s suas necessidades particulares aumentando assim o tempo de vida til das baterias Portal Energia 2012 A corrente do controlador deve superar a corrente total dos m dulos FV e das turbinas e licas a serem conectados Os d odos de protec o impedem que a corrente entre no m dulo e seja toda direccionada para as baterias O n mero m nimo de baterias necess rias calculado atrav s das f rmulas a Capacidade total necess ria Ah Corrente m dia A x intervalo de tempo de funcionamento h Requisitos das aplica es Wh dia x per odo de armazenamento N dias Tens o da bateria b N mero m nimo de bateria
27. podem modificar esta situa o Fridell et al 2008 A an lise elementar e de microestrutura dos res duos da combust o de navios indicam tr s estruturas morfol gicas distintas com diferentes composi es qu micas a Agregados de fuligem contaminados significativamente por metais b Part culas de carv o puro ou com minerais c Part culas minerais e ou de cinzas Moldanova et al 2009 Foram tamb m observadas part culas de carbono org nico provenientes do combust vel n o queimado e ou do leo lubrificante Fridell et al 2008 assim como constituintes perigosos provenientes da queima de combust vel de petr leo como metais de transi o e alcalino terrosos V Ni Ca Fe Moldanov et al 2009 2 2 1 Tipos de poluentes Sendo a navega o mundial um dos maiores contribuintes para as emiss es de GEE respons vel por 3 do total de emiss es de CO Lee et al 2013 Considera se que 80 a 90 do com rcio mundial transportado via mar tima emitindo 560 a 1360 x 10 t CO ano Em 2000 os navios emitiram cerca de 780 Tg CO ano que corresponde a um consumo de combust vel de 250 x 10 t e a uma contribui o de 2 7 de todas as emiss es antropog nicas de CO nesse ano Eyring et al 2010 Em 2007 segundo a IMO o transporte mar timo emitiu 1046 x 10 t COs o que representou 3 3 do total de emiss es de CO no mundo Lindstad et al 2011 A figura 2 2 apresenta os principais GEE que inf
28. til na configura o de sistemas energ ticos com fontes renov veis Relativamente ao sistema FV o contributo foi mais significativo do que o HOMER pois forneceu dados de radia o solar no local correspondentes inclina o e orienta o seleccionadas para os m dulos FV Concluiu se que o sistema h brido proposto ben fico a n vel ambiental reduzindo as emiss es atmosf ricas poluentes comparativamente ao sistema convencional a diesel Anualmente a diminui o das emiss es de CO pode atingir os 81 56 Adicionalmente apurou se que ocorre uma redu o de 6 34 nas emiss es de CO por passageiros ou viaturas transportados durante o percurso do navio entre as margens do Rio Tejo A diminui o de 4598 28 L no consumo anual de diesel ap s implementa o do sistema h brido representa um contributo significativo para reduzir a depend ncia de Portugal em combust veis f sseis provenientes do exterior Ap s o dimensionamento do sistema h brido FV e lico diesel no intuito de finalizar a sua optimiza o foi realizada uma an lise econ mica do respectivo projecto da qual os resultados foram muito positivos Atrav s de diferentes crit rios conclui se que o projecto vi vel e rent vel tendo capacidade para recuperar os investimentos e despesas ao fim de 6 anos 2 meses e 8 dias num ciclo total de 20 anos Esta recupera o feita atrav s da poupan a de combust vel diesel obtida com a implementa o do novo
29. todos os custos que ocorrem durante a vida do sistema incluindo custos iniciais substitui es de componentes manuten es e combust vel assim como receitas e o valor residual dos componentes do sistema no final de vida til do projecto O HOMER assume que todos os pre os aumentam na mesma propor o e aplica uma taxa de juros anual real em vez de uma taxa de juros anual nominal S o fornecidos os valores de poupan a anual correspondente ao per odo de dura o do projecto Rehman et al 2012 Os principais dados a inserir no HOMER pelo utilizador s o sab Velocidade m dia do vento m s o Valor da radia o solar kWh m dia Q 0 Valor das necessidades energ ticas kWh Especifica es t cnicas dos componentes D Custo do investimento da substitui o e da manuten o dos componentes f Par metros econ micos incluindo custo do combust vel g Controlos e limita es do sistema Rehman et al 2012 A unidade dos valores monet rios do HOMER em d lar americano no entanto os resultados ser o convertidos para euro 3 3 2 RETScreen O RETScreen um software muito utilizado em estudos de pr viabilidade ou de viabilidade de sistemas de energia Trata se de uma ferramenta relativamente precisa na avalia o da viabilidade de sistemas com fontes renov veis No entanto n o proporciona um m todo de optimiza o isto ao contr rio do HOMER n o apresent
30. um ano Coeficiente de perdas devido a temperatura 1 0 005 x 17 4 C 25 C 93 o Temperatura m dia em Lisboa no ano de 2013 17 4 C WeatherOnline Ltd 2014 Coeficiente devido a inclinac o 95 Coeficiente de perdas nos componentes 95 Efici ncia do inversor 97 Ereal ano kWh ano 52 448 47 kWh x 0 93 x 0 95 x 0 95 x 0 97 42 700 67 kWh Calculando a energia real produzida por dia M dia da Eideal dia 4 741 kWh m dia x 117 m dulos x 1 64 m x 0 155 141 kWh M dia da Ereal dia kWh dia 141 kWh x 0 93 x 0 95 x 0 95 x 0 97 114 79 kWh Assumindo que ser um elemento da Transtejo a efectuar a manuten o dos m dulos que consiste na verifica o das liga es e da sujidade n o haver custos adicionais para esta manuten o 50 0 2 2 d corresponde ao cabo com secc o de 6 mm Assim ser necess rio adicionar 30 m de cabo com Cabos el ctricos No intuito de calcular a secc o dos cabos a utilizar efetuam se os seguintes c lculos Queda de tens o m xima limitada a 5 0 05 x 390 V 19 5 V Imax 76 5 A Comprimento do cabo positivo negativo e Painel FV baterias 20 m e Baterias inversor 5 m e Inversor barramento de CA 5 m Sec o m nima do cabo mm 76 5 A x 30 m x 0 04 Omm m 19 5 V 4 71 mm Segundo as sec es de cabos existentes padr o o valor mais pr ximo e superior esta sec o ao sistema 6 mm constata se que um mod
31. 0 31 Dias Fevereiro 2013 24 Horas vento gt 3 m s 20 Velocidade do vento 16 E Velocidade m dia 12 ca AAN A ATT A E NAVES 23456 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Dias Marco 2013 24 Horas vento gt 3 m s 20 a te Velocidade do vento mm AP NO ANY Velocidade m dia 12 CA PY A pesca AG SA JA E R CE WEY Y 123 45 67 8 9101112131415161718192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias 89 Abril 2013 e i Horas vento gt 3 m s ei Velocidade do vento Horas vento Velocidade m dia do vento m s 123 45 67 8 9 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Dias Maio 2013 24 Horas vento gt 3 m s 20 es Velocidade do vento 16 Velocidade m dia 12 AN al Y PEN IA 123 45 67 8 91011121314151617181920 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias 00 gt Junho 2013 24 o Horas vento gt 3 m s 20 e Velocidade do vento 16 Velocidade m dia 12 Ye AL MA UF 0 123 45 67 8 9 1011 121314 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Dias 90 24 20 Horas vento Velocidade m dia 12 do vento m s gt 24 20 16 Horas vento Velocidade media 12 do vento m s 8 4 Horas vento Velocidade media 12 do vento m s Julho 2013 o Horas vento gt 3 m s es Velocidade do vento lt AA A u RN 4 123456 7 8 9 101
32. 11213 1415161718192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias Agosto 2013 gt Horas vento gt 3 m s es Velocidade do vento a so Da Tt Y Ta N 123456 78 9 10111213 1415161718192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias Setembro 2013 Horas vento gt 3 m s A es Velocidade do vento PA A a V RA A q_ Ar Aral ld JN 123456 7 8 9 1011 121314 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Dias 91 Outubro 2013 24 o Horas vento gt 3 m s 20 ei Velocidade do vento 16 nO vicio pl Velocidade m dia 12 T ee AE i NL IR RARA A NS 123456 78 9 101112131415 1617181920 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias 00 gt Novembro 2013 24 fe Horas vento gt 3 m s 20 JAN 16 Velocidade m dia 12 23456 7 8 9 1011 121314151617 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Dias 00 gt Dezembro 2013 ie Velocidade do vento Horas vento gt 3 m s 16 Horas vento AY Velocidade m dia 12 Wo A NN omnes ERLAUBEN cerca foal Dor JA A 123456 7 8 9 1011 121314151617 18 192021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dias Figura A 1 Gr ficos mensais de 2013 horas de vento di rio acima dos 3 m s e respectiva velocidade m dia 92 B Dados introduzidos no HOMER a Equipamentos a considerar o Carga Introduzir perfil di rio de consumo de energia el ctrica 39 4 kW pico durante 6 horas das 07h00 s 10h00 e das 17h00 s 20h00 Media di ria
33. 13 TecnoVeritas 2013 VEEO Voyage analysis amp in service ship performance monitoring to reduce fuel cost Retirado de http www tecnoveritas net en veeo php em 08 03 2013 Transtejo a Livro de registo de consumos de combust vel do LISBONENSE Transtejo b Caracter sticas do LISBONENSE Transtejo c Fichas mestras equipamentos do LISBONENSE United States Department of the Navy 2010 Department of the Navy s Energy Program for Security and Independence Retirado de http www navy mil secnavem 25 03 2013 WeatherOnline Ltd 2014 WeatherOnline Lisbon Analysis year Retirado de http www weatheronline co uk em 10 07 2014 Wind amp Sun Ltd 2013 Wind amp Sun SMA Monitoring Retirado de http www windandsun co uk products Inverters SMA Inverters SMA Communication Displays and Monitoring SMA Monitoring em 17 09 2014 Winnes H amp Fridell E 2010 Emissions of NOx and particles from manoeuvring ships Transportation Research Part D 15 204 211 Yoshida K 2011 Energy Efficiency Design Index EEDI MARPOL ANNEX IV and Marine Environment protection IMO MEPC Air pollution prevention and energy efficiency working group And ISO TC8 SC2 87 88 ANEXOS A Dados do vento no local de estudo Janeiro 2013 24 o Horas vento gt 3 m s es Velocidade do vento VA 16 A E Y O VEDA AMM PAS NE NANA 123456 7 8 9 101112131415161718 192021 22 23 24 25 26 27 28 29 3
34. 222 anualmente Ap s 20 anos da sua integrac o no sistema a diesel existente as receitas podem ser superiores a 13 milh es de euros O custo da energia do sistema apenas a diesel cerca de 9 4 mais elevado do que o do sistema h brido Rehman et al 2012 24 Os resultados do projecto optimizado para Rafsanjan no Ir o mostraram que os custos do sistema FV e lico diesel bateria s o muito inferiores aos custos do sistema alimentado apenas a diesel equivalente a uma poupan a de cerca de 75 Maleki amp Askarzadeh 2014 Devido ao impacto directo do pre o do diesel no custo da energia actualmente um sistema h brido torna se sempre vi vel em compara o com o sistema apenas a diesel Rehman et al 2012 Novas melhorias na pesquisa e desenvolvimento de tecnologias FV e e licas ir o reduzir o custo das fontes de energia renov veis e o custo dos recursos energ ticos convencionais est a aumentar a cada ano tornando econ micos os sistemas h bridos no futuro Os aspectos econ micos destas tecnologias s o suficientemente promissores pata aumentar a produ o de energia incluindo nos pa ses desenvolvidos Apesar da redu o do custo e do desenvolvimento dos sistemas h bridos estes continuam a ser uma fonte de energia dispendiosa De forma a generalizar esta aplica o necess rio continuar a melhorar as tecnologias FV e e licas que possam reduzir os custos principalmente devido ao aumento do custo de recu
35. 236 400 kWh dia Tipo de carga AC o Modulos FV Dimensao do modulo FV considerado 255 W Custo do modulo FV 205 13 Custo de substitui o do modulo FV 205 13 Custo de opera o e manuten o do modulo FV por ano 0 Tempo de vida do m dulo FV 25 anos Dimens o FV total 29 835 kW Inclinac o 15 Azimute 2 o Turbinas e licas Dimens o da turbina e lica considerada 1 kW Custo de cada turbina e lica 1255 Custo de substitui o de cada turbina e lica 1255 Custo de manuten o e opera o de cada turbina e lica por ano 20 Quantidade de turbinas e licas 2 Tempo de vida til da turbina e lica 20 anos Altura ao solo neste caso gua do rio 18 metros Introdu o dos dados da curva de pot ncia o Baterias Capacidade da bateria 300 Ah Custo de cada bateria 151 Custo de substituic o de cada bateria 151 Custo de manuten o e opera o de cada bateria por ano 0 N mero de baterias ligadas em s rie 33 N mero de baterias ligadas em paralelo 0 Tempo de vida til da bateria 20 anos o Gerador a diesel Dimens o do gerador considerado 65 kW Tempo de vida til do gerador 60 000 horas Carga m nima 0 Custo de capital O kW Custo de substitui o O kW 93 Custo de opera o e manuten o 1 hora Tipo de corrente AC Combust vel diesel Planeamento optimizado nas horas de funciona
36. 31 10 5 23423 59 28958 97 5535 38 6 26769 82 27579 97 810 15 7 29744 25 26266 64 3477 61 8 32374 69 25015 85 7358 84 9 34687 17 23824 62 10862 55 10 36706 00 22690 11 14015 89 11 38453 90 21609 63 16844 27 12 39952 10 20580 60 19371 51 13 41220 43 19600 57 21619 85 14 42277 36 18667 21 23610 15 15 43140 16 20213 73 22926 43 16 43824 93 19251 17 24573 75 17 44346 65 18334 45 26012 20 18 44719 31 17461 38 27257 93 19 44955 92 16629 89 28326 04 20 45068 60 15837 99 29230 61 95 o RR TER E 4 hy e Spe he e ni me D Planta do espa o da casa das m quinas Figura D 1 Planta do espa o da casa das m quinas do LISBONENSE 96
37. 5 16 17 18 19 20 Year Number Figura 5 28 Cash Flow dos componentes do sistema ao longo da sua vida til HOMER 5 4 Emiss es poluentes do sistema h brido Por falta de acesso informa o foram desprezados os valores de energia el ctrica consumidos na produ o transporte e posterior desmantelamento dos componentes do sistema h brido proposto Consequentemente as quantidades de emiss es de GEE associadas a estes processos n o est o inclu das no estudo Atrav s da diferen a entre a pot ncia m xima do consumo de energia do navio e a pot ncia m xima dos sistemas FV e e lico 32 119 W calculou se um novo consumo de diesel pelo gerador na produ o de energia el ctrica no navio durante um ano atrav s da tabela 5 16 Tabela 5 16 C lculo do novo consumo de diesel anual do gerador Par metro Valor Pot ncia total 39 400 W 32 119 W 7 281 W Horas funcionamento equipamentos 1446 horas ano Energia el ctrica 10 528 326 Wh Energia t rmica 37 901 97 MJ PCI diesel Supple D 2006 42 8 MJ Kg Massa do diesel 885 56 Kg Densidade do diesel Petrobras 2014 0 852 Kg L Quantidade diesel 1039 39 L Novo consumo hor rio m dio 0 72 L h 69 Calculou se os novos EEDI e EEO do LISBONENSE ap s implementa o do sistema h brido FV e lico diesel de modo a poder aferir a altera o da efici ncia energ tica do navio A tabela 5 17 apresenta os valores a incluir na f rmula de c lculo do EEDI enquan
38. 5 26 Custo l quido actualizado de cada componente HOMER 68 Figura 5 27 Cash Flow do sistema ao longo da sua vida til HOMER ooooccccccnnoccccnnnccnnnnnnanccinnncnnns 68 Figura 5 28 Cash Flow dos componentes do sistema ao longo da sua vida til HOMER 69 Figura 5 29 Curva do Cash Flow total descontado e acumulado do projecto em an lise 73 Figura 6 1 Diagrama do sistema de energia h brido FV e lico diesel ee 75 Figura A 1 Gr ficos mensais de 2013 horas de vento di rio acima dos 3 m s e respectiva Velo cidade MCA esgan ii ic 92 Figura D 1 Planta do espa o da casa das m quinas do LISBONENSE no 96 XVI NDICE DE TABELAS Tabela 2 1 Conven es Internacionais sobre polui o do meio marinho cccccoocnncononcnnccnnnnnnconanenoss 5 Tabela 3 1 Caracter sticas do navio LISBONENSE eee 27 Tabela 3 2 Aplica es el ctricas di rias do LISBONENSE Transtejo a Transtejo b 28 Tabela 3 3 N mero de HSP entre Cacilhas e o Cais do Sodr WeatherOnline Ltd 2014 32 Tabela 3 4 Consumo de diesel pelo Gerador Caterpillar C4 4 DITA Transtejo a 37 Tabela 4 1 Par metros para o c lculo do EEDI Transtejo b erre 41 Tabela 4 2 Par metros para o c lculo do EEOI Transtejo D cccccoo
39. 65 6129 73 Junho 7 26 7 15 7 00 7 08 6524 27 52 448 47 Julho 7 25 7 20 6 93 7 06 6513 79 Agosto 6 71 6 94 6 15 6 55 6034 63 Setembro 5 39 5 94 4 56 5 25 4843 02 Outubro 3 81 4 51 2 92 3 72 3425 75 Novembro 2 59 3 35 1 73 2 54 2341 89 Dezembro 2 01 2 70 1 27 1 99 1831 51 49 A tabela 5 4 apresenta o c lculo do Output m dio di rio do m dulo FV com uma corrente da carga do m dulo de 8 5 A Os valores utilizados s o referentes radia o m dia solar inclinada kWh m dia na rea de estudo tabela 5 3 Tabela 5 4 C lculo do Output m dio di rio do m dulo FV em estudo Output m dio di rio do m dulo FV M s Wh dia Janeiro 85Ax2 36hx30V 601 80 Fevereiro 8 5 A x 3 23 h x 30 V 823 65 Marco 8 5 A x 4 60 h x 30 V 1173 Abril 8 5 Ax 5 86 hx 30 V 1494 30 Maio 8 5 Ax 6 65 h x 30 V 1695 75 Junho 8 5 A x 7 08 h x 30 V 1805 40 Julho 8 5 A x 7 06 h x 30 V 1800 30 Agosto 8 5 Ax 6 55 h x 30 V 1670 25 Setembro 8 5 A x 5 25 h x 30 V 1338 75 Outubro 8 5 A x 3 72 h x 30 V 948 60 Novembro 8 5 A x 2 54 h x 30 V 647 70 Dezembro 8 5 A x 1 99 h x 30 V 507 45 Considerando o valor de energia total anual produzida pelo sistema FV presente na tabela 5 3 e uma efici ncia de carga da bateria de 80 obteve se os requisitos di rios das aplica es satisfeitos pelo sistema FV Requisitos di rios das aplica es 52 448 47 kWh 365 dias x 0 8 114 956 kWh dia Calculando a energia real produzida durante
40. Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 5 24 Convers o de energia el ctrica mensal pelo inversor HOMER 66 Tabela 5 14 Energia el ctrica do inversor HOMER Par metro Produ o Output m ximo 32 kW Energia de entrada 41 391 kWh ano Energia de sa da 40 150 kWh ano Perdas 1242 kWh ano Com base na energia produzida e nas diferentes propor es de fontes utilizadas o HOMER calcula as percentagens dos diferentes constituintes das emiss es atmosf ricas do navio Emiss es atmosf ricas Hidrocarbonetos Part culas SO n o queimados 0 02 0 20 0 03 NOx CO 0 23 Figura 5 25 Propor o dos elementos poluentes nas emiss es atmosf ricas HOMER 5 3 2 Resultados do HOMER a n vel econ mico Ap s converter se os valores de d lares para euros a tabela 5 15 apresenta o resumo dos custos do sistema h brido inserido no HOMER Tabela 5 15 Custo da energia das diferentes fontes HOMER Par metro Custo energ tico kWh M dulos FV 0 040 Turbinas e licas 0 051 Gerador a diesel 0 104 Baterias 0 Custo do sistema Capital inicial investimento 31 589 56 Custo de opera o 407 23 ano Custo l quido actualizado total 127 330 12 Custo energ tico 0 118 kWh 6 O gr fico da figura 5 26 apresenta o custo l quido actualizado de cada um dos componentes principais do sistema h brido incluindo os respectivos investimentos as despesas de explora o e os recu
41. CIMENTOS Gostaria de agradecer a todas as pessoas entidades e institui es que forneceram o seu contributo atrav s de disponibilidade meios informa es apoio e motiva o tendo em vista a realiza o deste trabalho Come o por agradecer Professora Doutora Isabel Ferreira orientadora cient fica desta disserta o pela sua constante disponibilidade pelos conhecimentos que me transmitiu e pelo contributo da sua opini o Agrade o tamb m o incentivo transmitido sobre a viabilidade do projecto o aux lio na elimina o de obst culos e a revis o fundamentada deste documento Agrade o Professora Doutora Benilde Mendes Presidente do Departamento de Ci ncias e Tecnologia da Biomassa e Coordenadora do Mestrado em Energia e Bioenergia da FCT UNL por todo o apoio e disponibilidade prestados durante o mestrado e por possibilitar a realiza o deste trabalho Agrade o Ao Professor Doutor Nuno Lapa da FCT UNL pelo apoio prestado e esclarecimento de d vidas variadas e pelo contributo significativo na obten o de bibliografia Ao Engenheiro Jo o Gomes da Transtejo pela disponibilidade que sempre apresentou por me ter apresentado o LISBONENSE possibilitando o registo fotogr fico e por toda a informa o que facultou Ao Instituto Portugu s do Mar e da Atmosfera e ao Instituto Hidrogr fico pelo envio de dados meteorol gicos rigorosos sobre o vento no local de estudo Ao Engenheiro Jorge Antunes da T
42. EEMP fornece uma poss vel abordagem para a monitoriza o da efici ncia de navios e frotas ao longo do tempo e algumas op es e mecanismos de optimiza o do desempenho do navio TecnoVeritas 2012b MEPC 1 Circ 683 O SEEMP est vinculado a uma pol tica mais ampla de gest o de energia da empresa que o det m opera ou controla pois os navios operam sob diferentes condi es Assim as orienta es para o desenvolvimento de um SEEMP devem ser ajustadas s caracter sticas e necessidades de cada empresa e de cada navio sendo uma ferramenta de aux lio na gest o do desempenho 12 ambiental dos navios e como tal a empresa deve desenvolver procedimentos para a implementa o do plano de forma a minimizar os encargos a bordo Este SEEMP inclui quatro etapas planeamento implementa o monitoriza o auto avalia o e melhoria O planeamento sendo a fase mais crucial determina o estado actual da utiliza o de energia no navio e a melhoria esperada na efici ncia energ tica do mesmo Existem v rias op es para melhorar a efici ncia e o melhor conjunto de medidas para um navio difere muito dependendo do tipo de navio cargas rotas e outros factores As medidas espec ficas devem ser primeiramente identificadas pois nem todas as medidas podem ser aplicadas a todos os navios ou at para o mesmo navio sob diferentes condi es de funcionamento A melhoria da efici ncia energ tica n o depende necessariamente apenas d
43. S Actualmente as quest es ambientais n o podem ser ignoradas o que exige um desenvolvimento sustent vel a n vel global e local As consequ ncias da produ o e consumo de energia de forma insustent vel s o nefastas para todos fauna flora e humanidade Como tal necess rio progredir e investir em novos projectos de utiliza o de sistemas de energias renov veis A utiliza o durante d cadas de combust veis f sseis de baixo custo abrandou a inova o o engenho e o desenvolvimento tecnol gico para aproveitamento dos recursos renov veis n o f sseis fundamental acelerar este progresso O presente trabalho apresenta e prop e a implementa o de um sistema h brido FV e lico diesel num navio de transporte de passageiros e viaturas o LISBONENSE propriedade da Transtejo caracterizado do ponto de vista energ tico ambiental e econ mico O objectivo principal deste sistema reduzir as emiss es de GEE nomeadamente o COs provenientes do navio atrav s da utiliza o de energias renov veis FV e e lica de forma sustent vel e econ mica Um sistema FV tem uma determinada instabilidade associada pois a quantidade de energia produzida n o constante ao longo do per odo pretendido devido s oscila es na irradi ncia solar Como tal surge a import ncia de produzir energia a partir de outra fonte alternativa como a e lica em que o vento sopra em Portugal em qualquer per odo do dia e e
44. Sunway Power SSCP 384V 85A Hefei Sunway Power Co Lid OT A o O 58 Figura 5 14 Controlador de carga CAP SSWC 10 24 CAP Solar 2013 nennen 59 XV Figura 5 15 Inversor PVI 12 0 I OUTD 400 S PVshop eu 2014 60 Figura 5 16 Sistema de controlo e monitoriza o Sunny Home Manager SMA Solar Technology i CTE E OA E I PARETE AA o EEE nase sae ened eee cee os EV QD NIE RD SN EN OD A 61 Figura 5 17 Display do Sunny Home Manager SMA Solar Technology AG 2013 62 Figura 5 18 Circuito de comando cccccccoccncccnnnnccnncnonnnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnrnnnnnnnnnrnnnnnnnnrnnnnnnnnnrnnrnrnnnrrnnennnaneness 63 Figura 5 19 Configura o do sistema de energia h brido atrav s do HOMER 64 Figura 5 20 Produ o de energia el ctrica mensal por fontes de energia HOMER 64 Figura 5 21 Produ o de energia el ctrica mensal pelos m dulos FV HOMER 65 Figura 5 22 Produ o de energia el ctrica mensal pelas turbinas e licas HOMER 66 Figura 5 23 Produ o de energia el ctrica mensal pelo gerador a diesel HOMER 66 Figura 5 24 Convers o de energia el ctrica mensal pelo inversor HOMER 66 Figura 5 25 Propor o dos elementos poluentes nas emiss es atmosf ricas HOMER 67 Figura
45. Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 147 153 Mandatory measures adopted by Parties to MARPOL Annex VI represented in the MEPC of IMO Briefing 42 2011 15 July 2011 MEPC 59 6 5 Interpretations of and amendments to Marpol and related instruments Proposal to Designate an Emission Control Area for Nitrogen Oxides Sulphur Oxides and Particulate Matter Submitted by the United States and Canada MEPC 1 Circ 681 Interim guidelines on the method of calculation of the energy efficiency design index for new ships MEPC 1 Circ 682 Interim guidelines for voluntary verification of the energy efficiency design index MEPC 1 Circ 683 Guidance for the development of a Ship Energy Efficiency Management Plan SEEMP MEPC 1 Circ 684 Guidelines for voluntary use of voluntary use of the Ship Energy Efficiency Operational Indicator EEO MEPC 1 Circ 743 Information on an approved method under Marpol Annex VI Communication received from the Administration of Germany MEPC 1 Circ 755 Information on the United States Caribbean Sea emission control area under MARPOL Annex VI MEPC 1 Circ 764 Information on an approved method under Marpol Annex VI Communication received from the Administration of Denmark 84 MEPC 1 Circ 799 Application of regulation 4 of Marpol Annex VI Communication received from the Administration of Malta MEPC 212 63 2012 Guidelines on the method of calculation of the attained E
46. a o i que permite igualar o valor actual do somat rio dos Cash Flow de explora o ao dos investimentos o Este valor de i corresponde a um VAL 0 o C lculo da TIR 0 Sto o Quanto maior for a TIR mais justificavel se torna o projecto sendo utilizada quando existem diferentes projectos e a taxa de actualiza o desconhecida e Per odo de Recupera o do Capital PRC Determina o per odo de tempo entre a concretiza o do investimento e a sua recupera o atrav s da explora o o o ponto em que a sequ ncia de fluxos de despesas e investimentos igual sequ ncia de fluxos monet rios recebidos o PRC total de anos para que se verifique a igualdade Xto em que t o n mero de anos o Para calcular o PRC acumulam se os VAL ano a ano at o mesmo ser igual a zero 3 5 4 Custo energ tico Para calcular o custo energ tico do sistema proposto necess rio dividir o Valor Actualizado L quido pela quantidade de energia produzida podendo tamb m ser especificado o custo de energia proveniente de uma determinada fonte 39 40 4 CARACTERIZA O ENERG TICA DO NAVIO EM ESTUDO A fim de caracterizar o n vel de emiss es poluentes provenientes do navio LISBONENSE foi calculado o seu EEDI A tabela 4 1 apresenta os valores a incluir na f rmula O navio em estudo obedecendo s instru es da IMO considerado um navio de passageiros por ter capacidade de transpo
47. a as aplica es el ctricas A estrat gia de controlo consegue supervisionar e manter constante a tens o da bateria O sistema proposto simples devido ao reduzido numero de componentes mas pode ser concebido e instalado para pot ncias maiores sendo considerado como um prot tipo para o desenvolvimento de novos sistemas h bridos Mezzai et al 2014 Ap s o estudo de pr viabilidade de um sistema h brido a selec o e o dimensionamento adequado dos equipamentos condiciona a sua fiabilidade e economia Para tal existem v rias t cnicas de programa o para minimizar o custo m dio de produ o da electricidade e atender s necessidades el ctricas de um modo fi vel tendo em considera o os factores ambientais A dimens o ideal de um sistema h brido de energia FV e lica pode ser calculada com base hor ria tendo em conta a pot ncia m dia di ria a pot ncia m nima solar por m s ou a pot ncia m nima de vento por m s entre outro par metros A combinac o ideal do sistema pode ser seleccionada com base nos custos de capital e n vel de autonomia anual Tem se observado que para alcancar autonomia elevada necess rio um gerador de reserva que consequentemente reduz a necessidade de armazenamento da bateria Quanto ao fluxo de energia deve ser feita a sua gest o em todo o sistema proposto entre os componentes de modo a assegurar o fornecimento cont nuo da carga necess ria com a sua exig ncia total A estrat
48. a gest o do navio mas sim de muitos intervenientes incluindo os estaleiros de repara o naval armadores operadores fretadores propriet rios da carga servi os de administra o de portos e de tr fego Para uma implementa o efectiva e constante das medidas adoptadas necess rio aumentar a sensibiliza o para o assunto e fornecer treino ao pessoal tanto em terra com a bordo O planeamento termina com o estabelecimento de metas a atingir numa base volunt ria tendo como objectivo incentivar para uma implementa o adequada e aumentar o compromisso com a melhoria de efici ncia energ tica Uma das metas pode ser o consumo de combust vel anual ou um alvo espec fico para o EEOI Ap s identifica o das medidas h que estabelecer um sistema para a sua implementa o MEPC 1 Circ 683 A efici ncia energ tica deve ser monitorizada quantitativamente e o EEOI desenvolvido pela IMO uma das ferramentas estabelecidas internacionalmente para obter um indicador quantitativo da efici ncia energ tica de um navio e ou frota em funcionamento Assim o EEOI pode ser considerado como o principal instrumento de monitoriza o embora outras medidas quantitativas tamb m possam ser apropriadas Ao utilizar se o EEOI este deve ser calculado de acordo com as directrizes desenvolvidas pela IMO constantes na MEPC 1 Circ 684 Se for conveniente ou ben fico para o navio ou companhia podem ser utilizadas outras ferramentas determin
49. a h brido fotovoltaico e lico diesel aplicado a um navio do ponto de vista energ tico ambiental e econ mico Autora Ana Catarina Martinho Nunes 53 acmn campus fct unl pt acatarina mnunes qmail com Objectivo do presente trabalho Disserta o apresentada Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia para obten o do grau de mestre em Energia e Bioenergia Orienta o cient fica do trabalho Professora Doutora Isabel Ferreira FCT UNL DCM LISBOA 2014 O conte do da presente disserta o da inteira responsabilidade do autor N o autorizada a reprodu o total ou parcial do conte do da presente disserta o sem a autoriza o pr via do autor por escrito autorizada a cita o do conte do da presente disserta o desde que acompanhada da respectiva refer ncia bibliogr fica de acordo com as normas internacionais e de cita o de trabalhos cient ficos A Faculdade de Ci ncias e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa t m o direito perp tuo e sem limites geogr ficos de arquivar e publicar esta disserta o atrav s de exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital ou por qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser inventado e de a divulgar atrav s de reposit rios cient ficos e de admitir a sua c pia e distribui o com objectivos educacionais ou de investiga o n o comerciais desde que seja dado cr dito ao autor e editor AGRADE
50. a pelas nuvens A m dia da energia el ctrica flutuante do painel FV pode ser obtida atrav s da carga ou descarga da bateria quando a capacidade de armazenamento da mesma suficiente desej vel que o tamanho da bateria seja t o m nimo quanto poss vel do ponto de vista dos custos do espa o que ocupa e do peso Park et al 2001 com uma capacidade para armazenar o m ximo de energia renov vel produzida 2 4 Sistema de energia h brido Um sistema h brido gera energia combinando duas ou mais fontes de energia diferentes Os sistemas h bridos exibem maior flexibilidade e melhor aproveitamento dos recursos e consequentemente a possibilidade de minimizar custos de produ o relativamente aos sistemas que utilizam apenas uma fonte de energia Se os sistemas h bridos forem optimizados adequadamente tornam se mais rent veis e confi veis Rehman et al 2012 Nema et al 2009 Dufo L pez et al 2011 Para al m das fontes de energia este tipo de sistemas inclui um equipamento para condicionar energia um controlador e um sistema opcional para armazenamento de energia conferindo qualidade mesma Nema et al 2009 Os sistemas h bridos t m se tornado populares em aplica es em reas remotas incluindo em infra estruturas b sicas devido aos avan os nas tecnologias das energias renov veis e ao aumento substancial no pre o dos produtos petrol feros Nema et al 2009 Maleki Askarzadeh 2014 A revis o de literatu
51. a ser igual ao valor da latitude no local que neste caso equivale a 38 No Ver o deve se diminuir 10 na inclina o e no Inverno deve se aumentar 10 no intuito de optimizar a pot ncia dos m dulos Morais 2009 31 7 Inclinacie Azimute Figura 3 3 Orienta o e inclina o dos m dulos FV Morais 2009 Com base na localiza o pretendida para a instala o dos m dulos rea de estudo e do respectivo n mero de HPS tabela 3 3 e figura 3 4 obt m se o Output m dio di rio do m dulo FV e os requisitos di rios das aplica es pass veis de serem alimentadas pelo sistema FV a HSP Radia o solar kWh m 1000 W m b Output di rio do m dulo FV Wh dia Corrente da carga do m dulo A Impp x N horas de sol pico HSP x Tens o de funcionamento do sistema V c N mero m nimo de m dulos necess rios Requisitos di rios das aplica es Wh dia Output di rio do m dulo FV Wh dia Efici ncia carga da bateria Tabela 3 3 N mero de HSP entre Cacilhas e o Cais do Sodr WeatherOnline Ltd 2014 M s HSP Janeiro 2 40 Fevereiro 3 31 Mar o 4 72 Abril 6 00 Maio 6 82 Junho 7 26 Julho 7 25 Agosto 6 71 Setembro 5 39 Outubro 3 81 Novembro 2 59 Dezembro 2 01 Na rea em estudo na posi o de Latitude 38 41 51 N e Longitude 009 08 40 W os valores m dios di rios e anuais de radia o solar est o indicados na figura 3 4 32 Radia o Solar por
52. a uma solu o ideal com diversos par metros Usufruindo dos recursos do RETScreen pode se avaliar as tecnologias de energias renov veis e o seu potencial de produ o Lee et al 2012 Os principais dados a inserir no RET Screen pelo utilizador s o 30 a Localiza o a partir da qual uma base de dados do software fornece informa o sobre os recursos energ ticos dispon veis b Especifica es t cnicas dos componentes c Valor das necessidades energ ticas kWh d Custo do investimento valor das despesas e receitas e Par metros econ micos incluindo custo do combust vel 3 4 Como efectuar e optimizar o dimensionamento do sistema h brido O sistema h brido FV e lico diesel proposto aut nomo sendo concebido para alimentar um conjunto de cargas que operam isoladas da rede el ctrica durante as navega es Neste tipo de sistemas para al m das fontes de energia devem ser inclu dos outros equipamentos tais como baterias controlador de carga e inversor As fontes de energia renov veis ser o a radia o solar e o vento utilizadas atrav s de m dulos FV e turbinas e licas O princ pio de funcionamento do sistema h brido ser o seguinte a Se durante um determinado intervalo de tempo a energia produzida pelas fontes renov veis turbinas e licas e m dulos FV for superior s necessidades de carga das aplica es el ctricas o excesso de energia carrega as baterias b Se durante um dete
53. aca se um custo energ tico global de 0 118 kWh Se este custo for direccionado para uma fonte energ tica espec fica o referente ao sistema a diesel o mais caro seguido do sistema e lico e por fim o sistema FV Verifica se que o custo l quido actualizado do sistema a diesel significativamente mais elevado que o dos restantes sistemas pois o software inclui os custos do combust vel consumido algo que n o p de ser contornado apesar da an lise econ mica do projecto proposto nesta dissertac o n o incluir estes custos O custo l quido actualizado mais reduzido corresponde ao sistema e lico devido ao facto de incluir apenas duas turbinas e licas que exigem pouca manutenc o e cujo recurso energ tico n o tem custo Do Cash Flow dos fluxos monet rios destaca se um elevado investimento inicial e substitui o de componentes no 15 ano de vida do projecto O custo do combust vel apresentado refere se exclusivamente ao diesel uma vez que os restantes recursos energ ticos vento e sol n o t m custo J o Cash Flow dos componentes sobressai no 1 ano de vida do projecto referente aos componentes dos sistemas de energias renov veis devido ao investimento inicial No final de vida do projecto constata se que o Cash Flow positivo refere se ao inversor e ao sistema FV o que significa que estes incluem os componentes com maior durabilidade f sica 6 3 Redu o das emiss es poluentes A tabela 6 1 apresenta a diferen a
54. ade e fiabilidade dos sistemas e Desenvolvimento de softwares de simula o vers til e Avancos no processo de fabrico e melhoria da efici ncia dos m dulos FV e Desenvolvimento de controladores autom ticos e personalizados que melhoram o funcionamento dos sistemas e reduzem os requisitos de manuten o e Desenvolvimento de baterias aperfei oadas e Disponibilidade de componentes mais eficientes e confi veis que possam recuperar o seu custo ao longo do respectivo ciclo de vida e Melhoria do controlador do sistema permitindo controlar a interac o dos v rios componentes do sistema e controlar o fluxo de energia tornando a est vel e fi vel necess rio continuar a investigar o potencial e o desempenho dos sistemas de energia FV e e lica para calcular o n vel de penetra o em redes existentes de pa ses desenvolvidos ou em desenvolvimento de forma a melhorar a qualidade do fornecimento de energia Nema et al 2009 2 4 2 Sistema de energia h brido FV e lico diesel Uma vez que a energia produzida por m dulos FV e por turbinas e licas dependente da varia o dos respectivos recursos sol e vento e as necessidades de carga el ctrica oscilam o principal objectivo deste sistema h brido satisfazer a carga em qualquer momento e armazenar o excesso de energia para utiliza o posterior em condi es de d fice Maleki amp Askarzadeh 2014 O estudo de Ekren et al projectou e desenvolveu um procediment
55. ados frequentemente como por exemplo todos os dias de utiliza o do navio de forma a ser efectuada uma monitoriza o das emiss es de CO emitidas pelo navio durante a sua opera o 5 5 An lise econ mica do projecto do sistema h brido Para efeitos do presente estudo assume se uma taxa de actualiza o 1 de 5 e um ciclo de vida do projecto n de 20 anos O custo do investimento do gerador a diesel n o entra nos c lculos pois a proposta apresentada consiste na implementa o de um sistema h brido FV eolico diese no LISBONENSE em que aproveitado o gerador a diesel l existente Contudo a sua manuten o tem que ser considerada A tabela 5 19 cont m o Plano de investimentos enquanto a tabela 5 20 apresenta o Plano de explora o do projecto Considerou se os seguintes c lculos e Investimentos o M dulos FV N de m dulos FV x Custo m dulo FV o Turbinas e licas N de turbinas e licas x Custo turbina e licas o Baterias N de baterias x Custo bateria o Inversor N de inversores x Custo inversor o Cabo el ctrico N de metros x Custo cabo el ctrico e Poupan a de combust vel anual o 3 9 L h 0 72 L h 3 18 L h o 3 18 L h x 1446h 4598 28 L o 4598 28 L x 1 384 L 6364 02 e Cash Flow de explora o Receitas Custos de explora o 71 Tabela 5 19 Plano de investimentos do projecto Anos Descri o 0 15 M dulos FV 117 x 205 13 24 000 Turbinas e
56. almente rent veis perante os elevados pre os do petr leo e se anteriormente eram consideradas comercialmente desinteressantes actualmente s o vi veis atendendo a vida til de cada navio e os custos do combust vel MEPC 1 Circ 683 O MEPC da IMO estabeleceu regulamentos mais rigorosos para o teor de enxofre no combust vel e de emiss es de NOx com o objectivo de reduzir o teor de enxofre no combust vel a n vel mundial para menos de 0 5 a partir de 2020 Sendo a m dia actual de cerca de 2 7 a aplica o dos regulamentos ir efectivamente reduzir as emiss es de part culas de sulfato Moldanova et al 2009 2 2 4 Casos pr ticos de solu es em Portugal Constata se que j existe uma grande preocupa o ambiental em Portugal em constante evolu o que inclui quest es de mitiga o das emiss es poluentes no meio marinho Para tal foram desenvolvidas solu es tecnol gicas aplic veis aos navios tanto para os que operam em guas de jurisdi o portuguesa como para vender a partes interessadas de outro pa s Exemplos de solu es que visam melhorar a redu o destas emiss es poluentes assim como optimizar o respectivo sistema energ tico s o alguns dos produtos da empresa TecnoVeritas como por exemplo a TecnoCat Catalisador de NOx Utilizado no tratamento da emiss o dos gases de escape de motores estacion rios a diesel eliminando at 90 de NOx presente nos gases TecnoVeritas 2011 b Eng
57. ando o conceito e o m todo na fase de planeamento A procura pela efici ncia adopta responsabilidades em toda a cadeia de transporte em que todos devem incluir medidas de efici ncia nas opera es individuais e colectivas Entre as diversas opera es destacam se a Melhorar o planeamento da viagem Efectuar o roteamento de acordo com as condi es meteorol gicas e oceanogr ficas Efectuar contacto antecipado com o pr ximo porto de atraca o Optimiza o de velocidade Optimiza o da pot ncia do veio 2 0 0 5 Optimiza o do manuseamento do navio caimento lastro h lice leme sistemas de controlo da posi o autopiloto etc Manuten o do casco h Manuten o do sistema de propuls o 13 i Reaproveitamento do calor residual j Melhorar a gest o das frotas k Melhorar o manuseio de cargas Gest o de energia m Utilizar combust vel alternativo n Utilizar fontes de energia renov veis e lica solar FV Apesar de existirem v rias possibilidades de melhoria da efici ncia energ tica para os navios est o muitas vezes dependentes da rea de opera o e do com rcio Cada oceano e mar do mundo tem condi es caracter sticas e os navios destinados a determinados com rcios e rotas podem n o obter os mesmos benef cios adoptando as mesmas medidas que outros navios adoptaram Algumas medidas t m maior ou menor efeito em diferentes reas de navega o Estas medidas s o potenci
58. aterias em s rie Assim cada turbina e lica ligada a 2 baterias em s rie que se encontram inseridas no banco de baterias constitu do pelas 33 unidades N o existe necessidade de acrescentar novas baterias para cada turbina e lica pois a probabilidade de o carregamento do banco de baterias ser total muito reduzida devido ao consumo energ tico no navio Este carregamento total s se deve verificar quando o navio est atracado no entanto esta situa o dispensa a autonomia das baterias A exist ncia de controladores de carga e o facto de a corrente ser cont nua evitam valores diferentes de carga entre as baterias O local seleccionado para instala o das baterias o espa o da casa das m quinas do LISBONENSE cuja planta figura D 1 se encontra no Anexo D o espa o adequado para o efeito pois assim o centro de gravidade baixa devido ao peso das baterias e se subisse seria um factor de risco para a estabilidade do navio Por outro lado um espa o com rea suficiente para as 33 baterias em que circulam apenas os respons veis pelo espa o e n o h passageiros 5 2 4 1 Controlador de carga do sistema FV Prop e se a instala o de um controlador de carga para o sistema FV com o intuito de integrar e controlar a energia de forma inteligente protegendo as baterias de cargas e descargas excessivas As caracter sticas do controlador de carga do sistema FV figura 5 13 encontram se na tabela 5 9 Este equipame
59. bina e lica de acordo com as seguintes condicionantes Maleki amp Askarzadeh 2014 a Se a velocidade do vento exceder o valor cut in velocidade do vento a partir da qual a turbina e lica funciona o gerador da turbina e lica comeca a produzir energia b Se a velocidade do vento exceder a velocidade nominal da turbina e lica esta produz uma pot ncia de sa da constante c Se a velocidade do vento exceder o valor cut out velocidade m xima do vento aceite pela turbina e lica o funcionamento do gerador de turbina e lica interrompido para proteger o pr prio equipamento d A pot ncia da turbina e lica varia consoante a intensidade do vento no momento 3 4 4 Baterias Num sistema h brido em que os m dulos FV e as turbinas e licas n o garantam a cobertura total das aplica es el ctricas em todas as situa es indispens vel a instala o de baterias Estas para al m de armazenarem o excesso de energia produzido em determinados momentos fornecem energia quando h escassez de produc o conseguindo alimentar correntes de pico elevado Devido ao comportamento oscilat rio das fontes de energia renov veis a capacidade do banco de baterias altera constantemente no sistema h brido Deste modo a carga das baterias comporta se da seguinte forma a Quando a produc o total de energia dos m dulos FV e das turbinas e licas superior a energia requerida pelas aplica es el ctricas o banco de baterias est em
60. ca e manutenc o 50 m rea til do conv s do sol rio 260 m Aproveitando os produtos vendidos em Portugal seleccionou se um tipo de m dulos FV comercializados por uma empresa portuguesa a Lobosolar Atendendo a energia el ctrica exigida pelos equipamentos de bordo optou se por um tipo de m dulos com pot ncia elevada figura 5 5 As especifica es dos mesmos est o na tabela 5 2 Cada m dulo inclui 60 c lulas e tem a capacidade de manter 90 da sua pot ncia nominal durante 10 anos e 80 durante 25 anos Tabela 5 2 Especifica es t cnicas do m dulo FV em estudo Open Renewables 2013 Especifica o Modelo Pn Pmax n Vsys Vmpp Impp Voc Isc Ir Tipo Conector D odos de Bypass Preco Valor 255 PQ60 255 Wp 255 W 15 5 1000 Vdc 30 00 V 8 5 A 38 00 V 9 00 A 20A TE Solarlok MC4 3 205 13 Especificac o T NOCT P NOCT Voc NOCT Isc NOCT Vmpp NOCT Tecnologia Altura Area Comprimento Largura Peso C do cabo Sec o do cabo 46 Valor 48 0 C 183 W 34 89 V 6 85 A 27 40 V Sil cio Policristalino 40 mm 1 64 m 1 660 m 0 988 m 22 Kg 1000 mm 4 mm Figura 5 5 M dulo FV 255 PQ60 Open Renewables 2013 A figura 5 6 apresenta a curva caracter stica do m dulo em estudo elaborada com base nos valores do fornecedor Open Renewables 2013 O valor da tens o a considerar para cada m dulo FV 30 V o que corresponde a uma corrente d
61. cccccccccncnonananos 31 341 MODOS VA Aba cea seele 31 XI 3 4 2 Cabos el amp ctricos e RR RR RR nn errar 34 3 4 3 TUNDINSS EONCAS dido sinto ns ARA a Rad EA AEE De ato des atten AEA a da o Mato do SR ET 34 3 4 4 BACIAS rt els ERE ca a a a O OR a A pe E 35 3 4 5 INVERSA ne RE ne eR a S O O E AER ai S OR Pe OTE OER eC 36 3 4 6 Geraoor dlesel ann pi ea ee 36 3 5 AN LISE ECON MICA DO PROJECTO DO SISTEMA HIBRIDO ceccecececcecceccececcuccaceeceecueeaeaecersannass 38 3 5 1 Tempo de vidado POCO O ee 38 352 FEOS MONET OS ass ne ae ee a tt a ee es 38 3 5 3 Analise OC VIADIIC ACS acest shel ica tactic hi berth thie ah Ae ees ie acl he ee 38 354 GUSTO energe lOO orsi un 39 4 CARACTERIZA O ENERG TICA DO NAVIO EM ESTUDO rates 41 5 APRESENTA O DE RESULTADOS o e sab 43 5 1 CONFIGURA O DO SISTEMA HIBRIDO oia ada 43 5 2 COMPONENTES DO SISTEMA H BRIDO FV E LICO DIESEL teen 43 5 2 1 MONOS AEREN IE EA ee ad ee ere TAE en Seer 45 5 2 2 CAD OS ClO CHIC OS y it a so est cnc ne SS nce en ee E a 51 5 2 3 TUI AS COMC PEE EEEE EE a AE A NE FE EN E Ede 52 5 2 4 E EA E A E seh 55 5 2 4 1 Controlador de carga do sistema FV oooooncccnnnccccnoonnccnnncconnnonncnnnnononnnnncnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnns 57 5 2 4 2 Controlador de carga do sistema e lico cccccoconnccconccocooonnnconnncnonnonnnncnnnnnononnnnnnnnonononanennnnnnnss 58 5 2 5 WAV CUS OR RI RR PSDC EO RR asthe eaten A ER OR alee 59 5 2 6
62. cia dos geradores Os valores dos consumos de energia el ctrica encontram se tabelados em registos de cada navio Os par metros Vref Capacidade e P devem ser coerentes entre eles SFC Consumo de um espec fico combust vel certificado dos motores medido em g kWh Fj Factor de correc o a ter em conta devido a elementos espec ficos do projecto do navio Fw Coeficiente n o dimensional que indica a redu o de velocidade em condi es de mar representadas por altura e per odo da ondula o e por velocidade do vento e Feff i Factor de disponibilidade de cada tecnologia de efici ncia energ tica inovadora e Fi Factor de capacidade de qualquer limita o t cnica ou regulamentar na capacidade e pode ser 1 se for dispensada a necessidade do factor Excepto os navios que trabalham no gelo o Fi deve ser 1 MEPC 1 Circ 681 e Fc Factor de correc o da capacidade c bica e deve ser 1 se n o garantida a necessidade do factor MEPC 212 63 De acordo com a Conven o Internacional MARPOL Anexo VI Cap tulo 4 Regulamento 21 o EEDI requerido calculado atrav s da seguinte f rmula a b em que a e c s o valores tabelados e b a capacidade tonelagem de arqueac o bruta 2 2 Emiss es atmosf ricas de navios A emiss o de gases de escape dos motores a diesel mar timos uma das principais quest es ambientais da actualidade Park et al 2001 Estas emiss es e as de
63. dia N N Radia o Solar diaria kWh m dia u QU RB N JAN FEV MAI ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ mus CACILHAS Radia o Incidente kWh m ano AS Mi casse lt 1000 CLASSE 11000 1400 Lisgoae nova m Mousse 100 000 Municpi EM SA er Mi cuasse v gt 1600 Termos de Utiliza o R Santu rio 4 Nacional de patos do mapa 2014 Google 500 m Figura 3 4 M dia da radia o solar di ria a e anual b na rea em estudo Stackhouse 2014 Magalh es 2014 De modo a efetuar o dimensionamento do sistema FV aplicam se as seguintes f rmulas N mero de m dulos ligados em s rie Tens o do sistema FV Tens o do m dulo FV N mero de m dulos ligados em paralelo Corrente do sistema FV Corrente do m dulo FV N mero total de m dulos N mero de m dulos ligados em s rie x N mero de m dulos ligados em paralelo Pot ncia do sistema FV Tens o do sistema FV x Corrente do sistema FV 33 De forma a avaliar a quantidade de energia que um m dulo FV pode produzir diariamente necess rio calcular a energia idealmente produzida energia teoricamente expect vel pelo mesmo e posteriormente calcular a energia efectivamente produzida Com base na radia o solar m dia di ria da rea de estudo pode se calcular a energia ideal Eideal dia produzida pelo sistema FV durante um dia e Eideal dia kWh dia Radia o solar m
64. dia di ria kWh m dia x rea total do sistema FV m3 x n m dulo A mesma f rmula pode ser aplicada a outro per odo de tempo De modo a obter se a energia real produzida Ereal durante um determinado per odo aplicam se os coeficientes de perdas ao valor de energia produzida ideal Carneiro 2009 A f rmula seguinte aplicada ao per odo anual e Ereal kWh ano Output anual kWh x Coeficiente de perdas devido a temperatura x Coeficiente devido a inclinac o x Coeficiente de perdas nos componentes incluindo dimensionamento das cablagens x Efici ncia do inversor Os custos de manuten o dos m dulos FV incluem apenas o pagamento a um trabalhador que durante 1 a 2 horas verifique as liga es e a sujidade Dufo L pez et al 2011 3 4 2 Cabos el ctricos necess rio proceder se ao dimensionamento dos cabos el ctricos pois as quedas de tens o nos mesmos podem penalizar o rendimento do sistema FV O c lculo da sec o m nima dos cabos el ctricos para ligar os m dulos feito pela seguinte f rmula e Sec o m nima do cabo mm Corrente m xima A x Comprimento cabo m condutor positivo condutor negativo x Resistividade do cabo Omm m M xima queda de tens o Relativamente ao resultado se for necess rio arredondar h que faz lo para um valor inteiro superior equivalente a um cabo que exista no mercado Na instala o el trica de um sistema FV os cabos devem ser flex
65. diesel generator is the one that s currently installed on the ship lt was developed a program for the control system in order to start the diesel generator operation when necessary i e when the renewable energy systems don t produce enough electric energy to supply the ship applications Completed the sizing of the hybrid system with the support of HOMER and RETScreen software an analysis was made at an environmental and economic level that highlighted several positive aspects lt is noteworthy the reduction of CO emissions by 81 56 and the profitability of the project which with a life cycle of 20 years has a invested capital recovery period of approximately 6 years Keywords hybrid power system pollutant emissions ships The text of this dissertation is not written under the new Orthographic Agreement IX NDICE DE MAT RIAS FICHA TECNICA ee een HI AGRADECIMEN TOS 23 52a ee oi V RESUMO ista isla iii ii VII ABSTRACT oo o E e ek IX INDICE DE MATERIAS u ee ee XI INDICE DE FIGURAS uuu XV INDICE DE IB cae ei e a oo XVII LISTA DE ACR NIMOS E ABREVIATURAS unssessesnunuunnnnnnnunnunnnnunnunnnnunnunnnnnnnunnnnnnnunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn XIX LISTA DE SIMBOLOS a ee eS XXI li INTRODUCA O ae ee anne 1 2 ENQUADRAMENTO TEORICO a2 a 5 21 EEGISLACAO E DIRECTIVAS He een ee 5 22 EMSSOES ATMOSFERICAS DE NAVIOS en sn nee 9 2 2 1 TIDOS OC PONIENTES nenne ee 10 2 2 2 Danos provocados pelos poluentes oococccoon
66. do EEOI e do EEDI do navio relativamente ao sistema h brido e ao sistema apenas a diesel 76 Tabela 6 1 Compara o dos EEOI e EEDI EEOI passageiros EEOI viaturas EEDI RO AAN EEE RO ct i BPP aa AAA ra ee 0 571 x 10 t CO passageiros 6 925x10 tCO viaturas 964 10 g t Sistema a diesel E milhas n uticas milhas n uticas nm o 0 534 x 10 t CO passageiros 6 486 x 10 tCO viaturas 937 72 g t Sistema h brido a ee milhas nauticas milhas nauticas nm g 0 036 x 10 t CO passageiros 0 439 x 10t CO viaturas 26 39 g t Redu o CO Ber PEN milhas nauticas milhas nauticas nm Reduc o percentual 6 34 6 34 2 74 Como se pode constatar ap s implementac o do sistema hibrido existe diminuic o de ambos os ndices no entanto pouco significativo Esta propor o pode ser justificada pelo facto deste tipo de avalia o ter como alvo principal o transporte mar timo internacional em que os navios t m maior tonelagem transporte de carga e consumo de diesel com uma emiss o de CO em quantidades muito superiores logo a redu o seria mais not ria Relativamente ao consumo di rio de combust vel diesel a tabela 6 2 apresenta as diferen as entre o sistema convencional e o h brido Tabela 6 2 Compara o de consumos de diesel e emiss es de CO Consumo anual de diesel Consumo Hor rio Sistema a diesel 5637 67 L 3 9 L h Sistema h brido 1039 39 L 0 72 L h Reduc o 4598 28 L 3 18 L h Re
67. duc o percentual 81 56 81 54 Emiss o anual de CO Emiss o hor ria CO Sistema a diesel 15 173 t CO 10 498 Kg COs h Sistema hibrido 2 797 t COs 1 936 Kg COs h Redu o 12 376 t CO 8 562 Kg CO h Redu o percentual 81 56 81 56 Para efetuar os c lculos da tabela anterior considerou se os seguintes valores e Teor de C no diesel CFR 2007 2 778 Kg C gal o 0 734 Kg C L e Teor de C em 5637 67 L de diesel 4138 050 Kg C e Teorde C em 1039 39 L de diesel 762 912 Kg C e Teorde Cem 3 9 L h de diesel 2 863 Kg C h e Teorde Cem 0 72 L h de diesel 0 528 Kg C h e M C 12 g mol M Oz 32 g mol M CO3 44 g mol e 12 KgC gt 44 Kg CO e 4138 050 Kg C gt 15172 85 Kg CO e 762 912 Kg C gt 2797 344 Kg CO 1 e 2 863 Kg C gt 10 498 Kg CO e 0 528 Kg C gt 1 936 Kg CO Verifica se uma redu o significativa cerca de 82 no consumo de diesel e consequentemente na emiss o de COs do sistema h brido em rela o ao sistema convencional 6 4 Aspectos econ micos A an lise econ mica feita manualmente significativamente diferente da que apresentada pelo HOMER devido ao facto deste software incluir os consumos do diesel nas despesas do novo projecto No entanto o projecto proposto neste trabalho foca a instalac o do sistema h brido num navio com um sistema a diesel j existente em que os consumos deste combust vel s podem ser tidos em conta a n vel de reduc o Assim na an lise eco
68. ducis asp id 68 em 05 09 2014 Douro Azul 2013 Frota Grupo Douro Azul Retirado de http www douroazul com Default aspx ID 1108 em 08 07 2014 Dufo L pez R Bernal Agust n J Yusta Loyo J Dominguez Navarro J Ramirez Rosado l Lujano J amp Aso 2011 Multi objective optimization minimizing cost and life cycle emissions of stand alone PV wind diesel systems with batteries storage Applied Energy 88 4033 4041 Ekren O Ekren B amp Ozerdem B 2009 Break even analysis and size optimization of a PV wind hybrid energy conversion system with battery storage A case study Applied Energy 86 7 8 1043 1054 European Environment Agency 2013 EEA Technical report n 4 2013 The impact of international shipping on European air quality and climate forcing Eyring V Isaksen l Berntsen T Collins W Corbett J Endresen O Grainger R Moldanova J Schlager H amp Stevenson D 2010 Transport impacts on atmosphere and climate Shipping Atmospheric Environment 44 4735 4771 Ferreira A 2011 Sistema de produ o de energia e lica Porto Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Foga a J 2012 Confer ncia Rio 20 e a Emiss o de Gases estufa Brasil Escola Retirado de http www brasilescola com quimica conferencia rio20 emissao gases estufa htm em 22 02 2013 Fridell E Steen E amp Peterson K 2008 Primary particles in ship emissions Atmospheric E
69. e lico e do gerador a diesel ao longo do dia onde se pode observar a distribui o hor ria consoante o m s Na tabela 5 13 consta os outputs m nimo e m ximo registados ao longo de 2013 assim como as horas de produc o de cada fonte energ tica PV Output 24 00 li N Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 5 21 Produ o de energia el ctrica mensal pelos m dulos FV HOMER 65 Hour of Day Hour of Day Hour of Day FE1024U 24 V Output Figura 5 22 Produc o de energia el ctrica mensal pelas turbinas e licas HOMER Diesel Generator Output Tam E AR TTD Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 5 23 Produ o de energia el ctrica mensal pelo gerador a diesel HOMER Tabela 5 13 Energia el ctrica das diferentes fontes de energia HOMER Par metro Produ o FV Produ o e lica Produ o do gerador a diesel Output m ximo 29 4 kW 2 28 kW 39 3 kW Output m nimo O kW O kW 7 3 kW Tempo de opera o 4 380 horas ano 8 685 horas ano 2 190 horas ano O gr fico da figura 5 24 revela a energia el trica que proveniente das fontes FV e e lica convertida em DC para alimentar as aplica es el ctricas Da tabela 5 14 salientam se as perdas inerentes a esta convers o Inverter Output om o ml um mi DO IT EEE IA O COS OMNI A IM Touro Jan Feb Mar
70. e 6 anos Palavras chave sistema de energia h brido emiss es poluentes navios O texto da presente disserta o de mestrado n o est escrito ao abrigo do novo Acordo Ortogr fico VII VIII ABSTRACT The increase of concentrations of greenhouse gases and global warming requires urgent action to slow down and attenuate its consequences both for humanity and for the planet Among these measures is the use of renewable resources for energy production in order to mitigate the problems inherent in the use of fossil fuels With the aim of explore renewable resources it s necessary to develop projects and technologies that optimize their use This dissertation focused on the implementation of a hybrid power system PV wind diesel on a ship The selected ship owned by Transtejo was the LISBONENSE and performs the transport of passengers and vehicles between the Tagus River banks The literature research conducted at national and global levels covered the characterization of pollutant emissions from ships and their consequences and the existent solutions to reduce them with a main focus on the renewable power systems After a market research to analyze the cost benefit of each hybrid system component type the most suitable were selected for this project which resulted in PV modules and their electrical cables wind turbines storage batteries load controllers inverters and a control and monitoring system The considered
71. e 8 5 A Curva caracter stica do m dulo FV Corrente 4 Tens o V Figura 5 6 Curva caracter stica dos m dulos FV 255 PQ60 Open Renewables 2013 47 A orienta o dos m dulos no navio fixa no entanto perante a energia solar varia constantemente porque os percursos di rios t m direc es Norte Sul e Sul Norte em igual n mero ou Seja o navio est constantemente a inverter a orienta o Assim quando o LISBONENSE efectua o percurso entre o Cais do Sodr e Cacilhas Norte Sul o azimute dos m dulos 178 e quando efectua o percurso em sentido contr rio entre Cacilhas e o Cais do Sodr o azimute 002 Relativamente inclina o pelo mesmo motivo apresentado no par grafo anterior deve ser t o reduzida quanto poss vel Assumiu se um valor de 15 para evitar sombreamentos e acumula o de sujidade e de gua A m xima rea dispon vel para instala o dos m dulos FV equivale a 260 m e estes t m que ser adaptados consoante o comprimento e a largura dos mesmos e do conv s do sol rio evitando os objectos l existentes Adicionalmente essa disposi o tem que ser conciliada com os corredores de seguran a e de manuten o dos m dulos FV de forma a estarem permanentemente acess veis Assim com base na planta do conv s do sol rio e nas caracter sticas do m dulo seleccionado obteve se o n mero de m dulos poss vel de instalar assim como as respectivas posi es
72. e do mesmo sendo que esta uma das maiores preocupa es para um navio deste tipo A produ o de energia dos pain is FV foi estimada alterando o ngulo de inclina o Os resultados mostraram que os pain is com 0 de inclina o apresentaram pouca produ o de energia devido sujidade neles acumulada Assim a inclina o foi alterada para 15 Atendendo seguran a dos passageiros foi instalado debaixo do painel uma chapa de policarbonato resistente ao impacio Para avaliar a estabilidade do navio h brido foi verificado e avaliado o peso de cada componente prevenindo a exposi o do navio e da guarni o a perigos imprevis veis que possam ocorrer no mar A modifica o do navio convencional foi concretizada sem alterar o seu tamanho no entanto os centros de gravidade vertical e horizontal foram afectados ligeiramente pela remo o e instala o de componentes tais como pain is FV conversores de energia e chapas de policarbonato Quando provocadas varia es aleat rias nas aplica es el ctricas e quando a energia produzida pelos pain is FV superior s cargas el ctricas o banco de baterias carregado pela quantidade em excesso para poder ser utilizada posteriormente Pelo contr rio as baterias suportam a escassez quando a energia produzida pelos pain is inferior s necessidades el ctricas Durante o teste de altera o do modo FV para o modo diesel e vice versa constatou se que demorou entre 8 a 10
73. e o gerador a diesel j utilizado no LISBONENSE aproveitando assim os equipamentos existentes isto sem aquisi o de novos geradores atendendo idade recente do navio e ao custo benef cio do projecto Na realidade o navio possui dois geradores iguais o de bombordo e o de estibordo cuja finalidade serem utilizados alternadamente e como redund ncia um do outro No intuito de simplificar este trabalho assumiu se a exist ncia de apenas um gerador em que sempre utilizado o mesmo 36 O modelo do gerador Caterpillar C4 4 DITA figura 3 5 com uma pot ncia m xima de sa da de 65 kW Figura 3 5 Gerador Caterpillar C4 4 DITA Caterpillar 2007 O gerador a diesel come a a funcionar quando a energia produzida pelas fontes de energia renov veis e pelas baterias n o suficiente O consumo de combust vel do gerador a diesel depende da pot ncia de sa da S o apresentados na tabela 3 4 os principais valores para o gerador do LISBONENSE Tabela 3 4 Consumo de diesel pelo Gerador Caterpillar C4 4 DITA Transtejo a Pot ncia de sa da Carga Pot ncia de entrada Consumo el trica kW Yo mec nica kW L h 65 100 75 4 19 3 58 5 90 67 9 17 4 52 80 60 6 15 5 48 8 75 57 0 14 6 45 5 70 53 4 13 7 39 60 46 3 11 9 32 5 50 39 3 10 2 26 40 32 5 8 6 19 5 30 25 7 7 16 2 25 22 3 6 3 13 20 18 8 5 5 6 5 10 11 5 4 3 Pode se constatar que o consumo do gerador a uma carga de 50 da pot nc
74. ecnoVeritas pela transmiss o de conhecimentos e de informa o sobre solu es tecnol gicas de efici ncia energ tica nos navios Ao Comandante Hugo Bastos da Douro Azul pela informa o que disponibilizou sobre a energia fotovoltaica utilizada nos navios da respetiva empresa Aos amigos que sempre acreditaram Por fim quero expressar um agradecimento especial minha fam lia que foi a maior motivadora para a realiza o deste trabalho especialmente minha irm Joana Nunes pela eterna disponibilidade e aux lio no Photoshop minha m e M de Lurdes Nunes pela demonstra o do sentido de perseveran a e incentivo constante e ao meu pai Nuno Nunes por toda a informa o e apoio transmitidos principalmente a forma o em eletrotecnia VI RESUMO O aumento das concentra es de Gases do Efeito Estufa e do aquecimento global exigem medidas urgentes para abrandar e atenuar as respectivas consequ ncias tanto para a humanidade como para o planeta Entre estas medidas faz parte a utiliza o de recursos renov veis para a produ o de energia de forma a mitigar os problemas inerentes a utiliza o de combust veis f sseis No intuito de explorar os recursos renov veis necess rio desenvolver projectos e tecnologias que o optimizem a sua utiliza o A presente disserta o centrou se na implementa o de um sistema energ tico h brido FV e lico diesel num navio O navio seleccionado propriedade da Trans
75. ectric Renewable Horas de sol pico Heating ventilation and air conditioning International Maritime Organization Marine Environment Protection Committee Maximum continuous rating m xima pot ncia continua em condi es normais Nominal Operating Cell Temperature Poder Calor fico Inferior Particulate organic matter Photovoltaic Radio Detection And Ranging Ship Energy Efficiency Management Plan Valor Actualizado L quido Very High Frequency Volatile Organic Compound XIX XX S mbolo da grandeza Impp Isc Ir mCO p Pn Pmax R T V Vmpp Voc Vsys Simbolo CO CO Cos q NOx NO O PM2 5 SO Descri o Efici ncia rea Comprimento medida de dist ncia Energia Frequ ncia Corrente na pot ncia m xima Corrente de curto circuito M xima corrente inversa Massa molar Massa Massa de CO Pot ncia Pot ncia nominal Pot ncia m xima Resistividade Temperatura Volume Tens o na pot ncia m xima Tens o do circuito aberto Tens o m xima do sistema Descri o Carbono Mon xido de Carbono Di xido de Carbono LISTA DE S MBOLOS Unidades Percentagem m metro quadrado m metro um micr metro 1 x 10 m Wh Watt hora Hz Hertz A Ampere A Ampere A Ampere g mol grama mole g grama t tonelada 1 x 10 g Tg Teragrama 1x 109 t tonelada W Watt W Watt W Watt O Ohm C Grau Celsius L Litro V V
76. elo adequado para o sistema em estudo o PV1 F As Do estudo feito aos cabos existentes constitu dos por um mono condutor isolado e sec o de caracter sticas encontram se na tabela 5 5 e figura 5 8 Tabela 5 5 Especifica es t cnicas do cabo el ctrico Quickbit 2014 Especifica o Valor Modelo PV1 F Alma condutora Cobre flexivel Isolamento PVC Bainha exterior PVC Pre o 0 95 m Ciclo de vida 25 anos Figura 5 8 Cabo el ctrico PV1 F para sistemas FV Quickbit 2014 91 5 2 3 Turbinas e licas As turbinas e licas ser o instaladas no tecto da ponte nas proximidades do mastro As especifica es t cnicas da turbina e lica seleccionada para o estudo est o na tabela 5 6 podendo ser observada na figura 5 9 Tabela 5 6 Especifica es t cnicas da turbina e lica em estudo Futurenergy 2006 Especifica o Modelo Pot ncia nominal Pot ncia m xima Tens o Corrente Corrente m xima Di metro Rotor N mero de p s Peso Pre o Velocidade cut in m nima Velocidade de produ o de energia constante Velocidade cut out m xima Altura Ciclo de vida Valor FE1024U 24V 1000 W 1142 W 24V 30 A 34 A 1 8m 5 22 Kg 1255 2 m s 3 m s 50 m s 7 5 m 20 anos Como a altura do tecto da ponte s o 10 57 m em rela o linha de gua a altura total da turbina e lica 18 07 m Figura 5 9 Turbina e lica FE1024U 24V Better Generati
77. em regulamentos de GEE para a navega o global dos quais se espera um impacto substancial nas emiss es poluentes provenientes dos navios Lee et al 2013 A tabela 2 1 sumariza as conven es internacionais relevantes Tabela 2 1 Conven es Internacionais sobre polui o do meio marinho Elabora o da Agenda XXI cujo cap tulo 17 denominado por vos A Protec o dos oceanos de todos os tipos de mares inclusive mares Confer ncia das Na es Unidas E fechados e semifechados e das zonas costeiras e protec o uso para o Meio Ambiente e o ak racional e desenvolvimento dos seus recursos vivos Caracteriza o de Desenvolvimento de 03 a 14 de novas abordagens de gest o e desenvolvimento marinho e costeiro Junho de 1992 Rio de Janeiro Coopera o em actividade empreendidas Medidas adicionais e observa o do meio marinho Decis o do Conselho 2002 358 CE Estabelece objectivos vinculativos e quantificados de limita o e de 25 de Abril Protocolo de Quioto redu o dos GEE para os estados membros As Partes contratantes tomam todas as medidas poss veis para Dec 59 97 de 31 de Outubro ie aye A prevenir e combater a polui o bem como as medidas necess rias Conven o para a Protec o do protec o da zona mar tima contra os efeitos prejudiciais das Meio Marinho do Atl ntico Nordeste actividades humanas de forma a salvaguardar a sa de do
78. espectivamente O somat rio em para todo os motores inclu dos em nME n mero de motores Pue 75 do MCR de cada motor ap s dedu o de qualquer veio instalado Pue 0 5x MC Rue Pproi Peto 75 do output de cada gerador de veio instalado dividido pela efici ncia relevante desse gerador Peri 75 do consumo de pot ncia nominal de cada motor do veio dividido pela m dia ponderada da efici ncia dos geradores Peri 75 da redu o da pot ncia do motor principal devido tecnologia inovadora de efici ncia energ tica mec nica Pacerri Redu o da pot ncia auxiliar devido tecnologia inovadora de efici ncia energ tica el ctrica medida em Peg Pae Pot ncia do motor auxiliar requerida para fornecer a carga m xima no mar incluindo a energia necess ria para os sistemas m quinas de propuls o como por exemplo bombas do motor principal sistemas e equipamentos de navega o mas excluindo a pot ncia que n o utilizada nos sistemas m quinas de propuls o como por exemplo h lices bombas e equipamentos de carga bombas de lastro etc na condi o em que o navio se encontre em tr nsito velocidade Vref e capacidade de carga de projecto No caso de navios de passageiros o valor de Pae deve ser estimado atrav s da energia el ctrica consumida excluindo a propuls o em condi es em que o navio se encontra em tr nsito velocidade Vref dividida pela m dia ponderada da efici n
79. figura o do sistema de energia h brido atrav s do HOMER O projecto foi introduzido no software atrav s dos dados apresentados no anexo B 5 3 1 Resultados do HOMER a n vel energ tico e ambiental Monthly Average Electric Production PV Wind Diesel Generator Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 5 20 Produc o de energia el ctrica mensal por fontes de energia HOMER co o O o 64 Hour of Day A figura 5 20 apresenta a quantidade e a propor o de energia el ctrica produzida em cada m s de 2013 entre as diferentes fontes m dulos FV turbinas e licas e gerador a diesel A tabela 5 12 apresenta os valores anuais dos quais se destaca a elevada fra o de energias renov veis que foi utilizada assim como o reduzido valor de excesso de electricidade produzido Tabela 5 12 Energia el ctrica anual HOMER Fonte de energia Produ o kWh ano Percentagem FV 45 023 47 Fra o de energias E lica 3 563 4 renov veis utilizada 51 Gerador a diesel 45 991 49 Total 94 577 100 Consumo kWh ano Percentagem Carga el ctrica AC 86 144 100 Quantidade kWh ano Percentagem Excesso electricidade 1 280 0 001 Carga el ctrica n o satisfeita 0 0 Insufici ncia de capacidade 0 0 As figuras 5 21 5 22 e 5 23 apresentam a produc o de energia proveniente das diferentes fontes respectivamente do sistema FV do sistema
80. geralmente a fonte principal e muitas vezes nica de energia el ctrica dos navios A ind stria de transporte mar timo consideravelmente afectada pelo aumento do pre o dos combust veis que t m estado em constante flutua o nos ltimos anos O uso de fontes de energia renov veis poder dar um contributo muito significativo na redu o da depend ncia do pre o de diesel altamente imprevis vel mas especialmente na redu o das emiss es de COs Em todo o mundo os governos t m se esfor ado por aumentar a comparticipa o da energia renov vel na produ o de energia focando se na seguran a energ tica no aumento dos pre os das fontes de energia a base de carbono e em minimizar o aquecimento global Lee et al 2013 15 2 3 1 Tipos de recursos renov veis As principais fontes alternativas aos combust veis f sseis dispon veis incluem o vento o sol o calor da terra as mar s as ondas e a biomassa entre outros Os sistemas de convers o destas fontes em energia el ctrica podem ser pequenos grandes isolados ligados rede ou sistemas h bridos Rehman et al 2012 A energia e lica e a solar s o omnipresentes dispon veis gratuitamente e amigas do ambiente Nema et al 2009 A produ o de electricidade a partir de recursos renov veis como o sol ou o vento n o emite GEE No entanto consumida determinada quantidade de energia durante a produ o e o transporte dos componentes do sistema FV e
81. homem e a OSPAR preservar os ecossistemas marinhos Dec 25 87 de 10 de Julho Anexo VI Abrange a polui o atmosf rica por navios causada pela Conven o para a preven o da emiss o de subst ncias que destroem o ozono Estabelece limites para polui o por navios Conven o as emiss es de SOx e NOx nos gases de escape dos navios e pro be a MARPOL 73 78 emiss o deliberada de subst ncias que destroem o ozono Dec 67 A 97 de 14 de Outubro Conven o das Na es Unidas Obriga o de proteger e preservar o meio marinho Medidas para sobre o Direito do Mar Montego prevenir reduzir e controlar a polui o do meio marinho Bay Decreto do Governo n 79 83 de 14 de Outubro de 1983 D R 237 E Especifica os padr es m nimos para a constru o equipamento e S rie Conven o Internacional para opera o de navios compat vel com a sua seguran a a Salvaguarda da Vida Humana no Mar SOLAS 74 A MEPC 1 Circ 683 inclui orienta es para o desenvolvimento de um Plano de gest o de efici ncia energ tica de navios SEEMP reconhecendo a necessidade de desenvolver ferramentas para apoiar as companhias de transporte mar timo na gest o do desempenho ambiental dos seus navios Os Governos membros s o convidados a incentivar as administra es ind strias organiza es de transporte mar timo relevantes companhias de navega o e outros intervenientes interessados a u
82. ia de sa da de 10 2 L h equivalente a 32 5 kW do qual se obt m um consumo de 0 314 L kWh Considerando que o custo de manuten o do gerador 1 hora reduzida a 1 hora por dia o custo anual cerca de 365 3 5 An lise econ mica do projecto do sistema h brido De forma a completar o aperfei oamento do sistema h brido FV e lico diesel proposto necess rio realizar uma an lise econ mica do projecto com o objectivo de optimizar os investimentos 3 5 1 Tempo de vida do projecto O tempo de vida do projecto ser o per odo de vida esperado para os investimentos para al m do qual haveria necessidade de realizar novos investimentos para dar continuidade ao projecto Abecassis amp Cabral 2010 Assim h que ter em considera o a previs o de vida f sica de todos os componentes do sistema h brido 3 5 2 Fluxos monet rios Os fluxos de base que ser o necess rios ter em conta para avaliar a rentabilidade do projecto ao longo do seu ciclo de vida s o os custos de investimento os custos de explora o manuten o e as receitas Torna se essencial elaborar um plano de investimentos com a descri o e organiza o temporal dos investimentos previstos incluindo substitui es de material Adicionalmente h que obter um plano de explora o com a descri o e organiza o temporal dos custos de explora o e manuten o tais como m o de obra e consum veis de manuten o e das receitas prev
83. iais das emiss es poluentes provenientes do consumo de combust vel pelos navios figura 1 2 Figura 1 2 Emiss es poluentes de um navio Bluebird Marine Systems Ltd 2014 7 A legisla o referente a esta fonte de polui o recente e abrangente existindo margem para implementar melhorias em diversas vertentes O tema tamb m foi impulsionado pela observa o do aumento de recursos de energia renov veis dispon veis no mundo e mais especificamente em Portugal a par de uma necessidade de independ ncia no consumo de combust veis f sseis tendo em vista benef cios ambientais e econ micos Com este trabalho pretende se dar um contributo para a solu o do problema nomeadamente no navio LISBONENSE o qual poder contribuir para um menor custo do combust vel consumido para o propriet rio e por conseguinte para redu o de emiss es de COs Actualmente apesar de existirem preocupa es ambientais a bordo dos navios salienta se a escassez de medidas adoptadas a n vel nacional para melhorar a efici ncia energ tica e o consumo de combust vel 2 ENQUADRAMENTO TE RICO 2 1 Legisla o e directivas Como os gases de escape dos navios contribuem para a polui o mundial do ar e do mar os navios est o a enfrentar um n mero crescente de normas e regulamentos bem como apelos volunt rios dos legisladores internacionais nacionais e locais Eyring et al 2010 A IMO est actualmente a trabalhar
84. igura 2 6 Exemplo de sistema de energia h brido FV e lico diesel baterias no Ir o Maleki amp Askarzadeh 2014 Na presente dissertac o o sistema h brido proposto semelhante a este em termos de componentes A figura 2 7 apresenta os gr ficos das necessidades energ ticas ao longo de um dia em Rafsanjan assim como a energia fornecida pelas diferentes fontes de energia incluindo as baterias e o gerador a diesel Pode se constatar que as turbinas e licas s o a fonte que produz mais energia e que por outro lado com a utiliza o das baterias o diesel utilizado pouco ou nada 22 16 14 RR EEE a 7 12 P E 10 A val p a 8 a ae ye l maA ga Load F 6 J a Pag y m WI a 4 i pP i PY 4 lao In a FE amp Ome in A A it dt 1 5 9 13 17 21 Time Hour of Day Battery j Diesel Power KW hr Bp gt 0 aaa Han 1 3 9 13 17 21 Time Hour of Day Figura 2 7 Energia el ctrica necess ria a e fornecimento de energia das diferentes fontes a b Maleki amp Askarzadeh 2014 Outro modelo de sistema h brido FV e lico diesel cuja aplica o proposta para o aeroporto de Sarago a e para Jaca em Espanha apresentado na figura 2 8 Durante o processo de optimiza o o estudo ponderou a inclus o de um gerador a gasolina mas foi demonstrado que n o era rent vel em nenhuma das solu es Dufo L pez et al 2011 Bat
85. ine Diagnosis System Atrav s da medi o da press o dos cilindros e de outras vari veis em motores a diesel protege e monitoriza o sistema optimizando a combust o e as emiss es dos gases de escape TecnoVeritas 2011 c Enermulsion Atrav s da mistura de pequenas quantidades de gua no combust vel e da homogeneiza o da emuls o melhora a efici ncia da combust o poupa no consumo espec fico de combust vel e reduz as emiss es de NOx TecnoVeritas 2012a 14 d Voyage Energy amp Emissions Optimiser Atrav s do controlo e monitoriza o efectiva das emiss es do navio permite optimizar a energia a bordo Entre v rios indicadores este sistema permite monitorizar o EEOI definido na MEPC 1 Circ 684 da IMO TecnoVeritas 2013 A Douro Azul uma empresa que possui diversos cruzeiros fluviais e recentemente adquiriu dois novos navios a construtora nacional Navalria o QUEEN ISABEL e o AMAVIDA Destacando se a n vel mundial devido a inova es tecnol gicas e de efici ncia energ tica nicas no sector dos cruzeiros fluviais cada um destes navios possui um conv s solar com m dulos FV ocupando uma rea de 155 m que fornecem energia el ctrica s 80 televis es de bordo Douro Azul 2013 2 3 Integra o de energias renov veis Recentemente os sistemas energ ticos que integram fontes de energia renov veis t m recebido uma aten o consider vel a n vel mundial Estes sistemas
86. ine reviews futurenergy 1kw wind turbine html em 09 09 2014 BLG 16 INF 5 Any other business Impact of fuel quality regulation and speed reductions on shipping emissions Implications for climate and air quality Submitted by USA Bluebird Marine Systems Ltd 2014 LNG Air Pollution Solution Bluebird Marine Systems Ltd Retirado de http www bluebird electric net liquified natural gas fuel energy him em 05 08 2014 CAP Solar 2013 CAP Wind controller 1kW amp 2kW Retirado de http www cap solar com product_show asp id 251 em 20 09 2014 Carneiro J 2009 Dimensionamento de Sistemas FV Guimar es Universidade do Minho Carneiro J 2010 Modulos fotovoltaicos Caracteristicas e associac es Guimar es Universidade do Minho Caterpillar 2007 Marine generator Sets C4 4 Caterpillar EUA Code of Federal Regulations 2007 40 CFR 600 113 78 Fuel economy calculations Corbett J Winebrake J Green E Kasibhatla P Eyring V amp Lauer A 2007 Mortality from ship emissions a global assessment Environmental Science amp Technology 41 24 8512 8518 Chiozzotto S 2011 C lculo da emiss o de gases efeito estufa GHG Sustentabilidade e Resultados Retirado de http www sustentabilidaderesultados com br calculo da emissao de gases efeito estufa ghg em 22 02 2013 81 CSPower 2014 CSPower Battery Tech Co LTD Solar GEL Battery Retirado de http www csagmbattery com pro
87. istas que ter o em considera o os pre os do mercado Abecassis amp Cabral 2010 Todos os componentes apresentados neste trabalho foram alvo de estudo de mercado do qual resultou uma sele o com base na an lise do custo benef cio 3 5 3 An lise de viabilidade De forma a poder comprovar se um projecto v lido ou n o fundamental considerar o factor tempo atrav s de m todos de actualiza o que permitem comparar o valor de uma unidade monet ria no presente e no futuro Assumindo que uma unidade monet ria j trocada por 1 i unidades monet rias no ano n em que i a taxa de actualiza o Abecassis amp Cabral 2010 2 n e R RO RI R2 Rn em que R representa o rendimento total 1 1 1 1 1 1 calculado a partir de uma s rie de rendimentos anuais 38 Os crit rios de rentabilidade assentes em m todos de actualiza o s o os seguintes Abecassis amp Cabral 2010 e Valor Actualizado L quido VAL Somat rio dos Cash Flow anuais actualizados a determinada taxa i Rt Ct lt o VAL Io ur em que Rt Ct e It representam respectivamente as receitas os custos de explorac o manutenc o e os custos de investimento do projecto o Se o resultado de VAL for positivo a decis o de investir no projecto promissora caso contr rio o projecto n o justifica o investimento e Taxa Interna de Rentabilidade TIR Determina a taxa de actualiz
88. licas 2x 1255 2510 Controlador de carga FV 424 20 424 20 Controlador de carga e lico 2 x 274 90 549 80 549 80 Baterias 33 x 151 4983 Inversor 2 x 2044 85 4089 10 4089 10 Sistema de monitorizac o 375 20 Cabo el trico 30 x 0 95 28 50 Total dos custos de 36 959 80 5063 10 investimento I 42 022 90 Tabela 5 20 Plano de explora o e manuten o do projecto Receitas Custos de explora o Cash Flow de Anos Poupan a Manuten o das Manuten o do explora o combust vel turbinas e licas gerador R C 1 6364 02 20 365 5979 02 2 6364 02 20 365 5979 02 3 6364 02 20 365 5979 02 4 6364 02 20 365 5979 02 5 6364 02 20 365 5979 02 6 6364 02 20 365 5979 02 7 6364 02 20 365 5979 02 8 6364 02 20 365 5979 02 9 6364 02 20 365 5979 02 10 6364 02 20 365 5979 02 11 6364 02 20 365 5979 02 12 6364 02 20 365 5979 02 13 6364 02 20 365 5979 02 14 6364 02 20 365 5979 02 15 6364 02 20 365 5979 02 16 6364 02 20 365 5979 02 17 6364 02 20 365 5979 02 18 6364 02 20 365 5979 02 19 6364 02 20 365 5979 02 20 6364 02 20 365 5979 02 Com base nos valores apresentados nas duas tabelas anteriores calculou se o Valor Actualizado L quido para o per odo de 20 anos 12 e No anexo C a tabela C 1 cont m os Valores Actualizados L quidos do Cash Flow total descontado e acumulado dos investimentos e da explora o receitas menos despesas pa
89. luenciam o aumento do aquecimento global Um dos focos ambientais a liberta o de gases como o CO NOx e SOx de navios para a atmosfera originando um aumento no rigor da regulamenta o sobre os gases de escape Park et al 2001 Figura 2 2 GEE e consequente aumento da temperatura global Chiozzotto 2011 Os principais compostos emitidos s o o di xido de carbono CO xidos de azoto NOx mon xido de carbono CO compostos org nicos vol teis VOC di xido de enxofre SO carbono negro BC e mat ria org nica particulada MOP Eyring et al 2010 European Environment Agency 2013 As emiss es de NOx e outros precursores de ozono originam a forma o de ozono troposf rico Oz e perturbam as concentra es de hidr xidos OH e consequentemente a exist ncia do metano CH O componente do aerossol dominante que resulta das emiss es dos navios o sulfato SO que formado pela oxida o de SO 10 Estima se que no ano 2000 as emiss es libertadas inclu ram 5 4 x 10 t de NOx 5 5 x 10 t de SOx e 1 4 x 10 t de part culas Eyring et al 2010 A figura 2 3 apresenta a contribui o das emiss es de NO e PM proveniente dos navios relativamente ao total em 2005 NO shipping contribution PM shipping contribution Figura 2 3 Contribui o relativa das emiss es da navega o internacional em 2005 de NO e PM 5 European Environment Agency 2013
90. m directo no display e Indica o do carregamento e descarregamento das baterias permitindo a utiliza o das mesmas no momento ideal e Utiliza o da previs o meteorol gica para calcular o potencial de energia e lica e solar 61 Energy Balance Pra Figura 5 17 Display do Sunny Home Manager SMA Solar Technology AG 2013 O Sunny Home Manager assegura que a energia produzida pelas diferentes fontes utilizada de forma optimizada alimentando as aplica es el ctricas e armazenando o excesso nas baterias Deste modo os operadores podem ter o controlo total do sistema http www windandsun co uk Circuito de comando a inserir no Sunny Home Manager Para que o gerador a diesel do navio comece a produzir energia quando o sistema FV o sistema e lico e as baterias j n o tenham capacidade para satisfazer as aplica es el ctricas no momento necess rio programar o Sunny Home Manager nesse sentido Para tal a figura 5 18 apresenta um circuito de comando elaborado e proposto no presente trabalho representando uma possibilidade de programa o a inserir no dispositivo de controlo e monitoriza o 62 Baterias gt 40 Sim ilout lt 16A i2out lt 16 A Liga Gerador a Diesel Desliga Gerador a Diesel Tempo 30 minutos Figura 5 18 Circuito de comando Atrav s das medi es das cargas descargas das baterias e da intensidade de corrente sa da dos inversores
91. m milhas n uticas correspondente ao trabalho produzido dist ncia real navegada em milhas n uticas numa viagem ou per odo em quest o MEPC 1 Circ 684 A monitoriza o de um EEOI deve ser realizada por pessoal em terra utilizando dados obtidos a partir de registos existentes tais como os di rios de bordo e os livros de registo de engenharia e de consumos de combust vel MEPC 212 63 O Comit de Protecc o do ambiente marinho em 2009 reconheceu a necessidade de desenvolver um ndice de Efici ncia Energ tica de Projecto EEDI para navios novos de forma a estimular a inova o e o desenvolvimento t cnico de todos os elementos que influenciam a efici ncia energ tica de um navio desde a sua fase de projecto Salientando a aplicabilidade da f rmula do EEDI para todas as categorias de navios e da viabilidade dos par metros t cnicos a f rmula ainda precisa ser aperfei oada para melhorar o m todo de c lculo do EEDI Deste modo foi emitida a circular com directrizes sobre o m todo de c lculo do EEDI para novos navios e os Governos membros dos quais faz parte o de Portugal e as organiza es observadoras foram convidadas a utilizar estas directrizes para fins de teste e ensaios numa base volunt ria em navios com sistemas de propuls o convencionais motor principal com propuls o mec nica e na medida do poss vel em navios com sistemas n o convencionais MEPC 1 Circ 681 O EEDI obtido para novos navios uma medida
92. m todos os meses do ano Para que o projecto do sistema h brido pudesse ser ligeiramente mais rigoroso seria necess rio recolher dados ao longo de um ano sobre a velocidade do vento e radia o solar no preciso local onde opera o navio onde se pretende implementar o sistema h brido pois estes dados dependem exclusivamente do local de opera o No entanto os dados fornecidos pelo IPMA e pelo IH referem se a coordenadas muito pr ximas do local e pode se considerar que a informa o sobre o vento correcta e adequada Relativamente s turbinas e licas apesar de ter sido proposta a instala o de duas unidades no intuito de minimizar altera es da estabilidade e deslocamento recomenda se que seja feito um estudo detalhado sobre estas altera es Considera se que a altura das turbinas e licas deveria ser um pouco mais reduzida no entanto as tecnologias dispon veis no mercado ainda n o satisfazem todos os requisitos ou seja para se optar por uma turbina e lica com menores dimens es a sua pot ncia seria muito inferior No estudo referente estabilidade e deslocamento do navio tamb m tem que ser considerado o peso dos m dulos FV e das baterias Devido ao facto do sistema el ctrico do navio ser um sistema isolado a navegar a configura o e optimiza o do sistema h brido foi mais complexa do que se estivesse ligado rede el ctrica p blica Assim fundamental haver um bom sistema de monitoriza o e controlo dos
93. mbust vel tem aumentado o que faz diminuir o per odo de retorno e A utiliza o de energia FV resultar em ganho de cr ditos de aproximadamente 14 85 euros por cada tonelada de GEE e O n mero m ximo de dias de opera o do sistema h brido definido como 150 por ano e o n mero m ximo de horas definido como 6 por dia e Nao h apoios financeiros do governo tais como incentivos fiscais o que poderia reduzir o per odo de retorno O per odo de retorno do investimento no navio h brido proposto na ilha Geoje 11 87 anos que pode diminuir devido ao aumento de horas de opera o diminui o dos pre os dos equipamentos principalmente os inerentes s energias renov veis ao aumento do pre o do diesel e implementa o dos regulamentos de emiss o de COs Embora o navio h brido seja de baixo custo no seguimento do potencial da energia renov vel continua a ser essencial um subs dio do governo para o seu uso generalizado Lee et al 2013 No estudo relativo a vila da Ar bia Saudita o sistema h brido sugerido tinha um custo de investimento de 10 684 956 um custo de operac o anual de 1 869 718 totalizando um custo l quido actualizado de 32 130 471 e um custo de energia de 0 16 kWh Ap s compara o provaram que o sistema el ctrico apenas a diesel n o era econ mico A produ o deste sistema e lico FV equivale a uma poupanca de 10 824 barris de petr leo isto a um ganho de 672
94. mento das aplica es el ctricas estando desligado fora desse hor rio o Inversor de energia el ctrica Dimens o do conversor de energia considerado 32 kW Custo do inversor 4089 10 Custo de substitui o do inversor 4089 10 Custos de opera o e manuten o do inversor por ano 0 kW Tempo de vida til do inversor 15 anos Efici ncia do inversor 97 Capacidade relativa do inversor 0 Se o valor fosse diferente de zero seria um conversor de energia nos dois sentidos isto DC AC e AC DC o que n o se pretende no presente estudo b Recursos energ ticos o Sol Introduzido o perfil de radia o solar di ria para o local de estudo o Vento Introduzido o perfil de vento para o local de estudo o Diesel Pre o 1 384 L Fuel prices europe info 2014 c Dados econ micos o Taxa de juro real anual 5 o Vida til do sistema 20 anos d Restri es o Frac o m nima de energia renov vel 30 o Reserva de opera o das necessidades energ ticas por hora 10 o Reserva de opera o de output de energias renov veis Solar 5 Vento 5 94 C Auxiliar da An lise de projecto Tabela C 1 Plano de investimentos do projecto nee VAL da explora o receitas VAL dos investimentos VAL do Cash Flow total despesas explora o 0 0 0 0 00 1 5694 30 35199 81 29505 50 2 10846 29 33523 63 22677 33 3 15494 71 31927 26 16432 56 4 19675 82 30406 92 107
95. n mica o custo do diesel consumido desprezado porque esse consumo j concretizado no sistema convencional no entanto a poupanca de combust vel derivada da implementac o do projecto constitui as receitas Como o VAL um valor positivo o projecto considerado rent vel justificando o respectivo investimento O PRC correspondente a 6 anos 2 meses e 8 dias indica tamb m que se trata de um projecto rent vel em que os investimentos e as despesas s o recuperados atrav s das receitas nesse instante Faltando quase 14 anos para o fim do ciclo de vida do sistema h brido prev se que o saldo neste per odo seja sempre positivo Atrav s da curva do Cash Flow total para al m de se conseguir apurar o PRC o VAL tamb m pode ser extra do sendo correspondente ao Cash Flow total no fim do ciclo da vida do projecto ou seja no 20 ano O custo energ tico do sistema h brido 0 513 kWh contudo verifica se que o custo energ tico do sistema e lico muito elevado em relac o aos restantes Esta diferenca deve se ao facto do potencial energ tico ser inferior ao das outras fontes de energia pois apesar do recurso utilizado vento n o ter custos e ser muito dispon vel est limitado a duas turbinas e licas Por outro lado o custo energ tico do sistema FV o mais reduzido pois tem um potencial energ tico superior para al m da isenc o de custos do recurso utilizado o sol 78 7 CONCLUS ES E RECOMENDA E
96. nccoconcnncocononnonononnononnnnonnaronnonanonnonannnnnnaninnnnos 11 2 2 8 Solu es para reduzir emiss es poluentes e rtrreeaneareraaaa ae neraana nenn 12 2 2 4 Casos pr ticos de solu es em Portugal ccccconnccccccoonnconnconoononnonononncnnononanonononnnanonnnnos 14 2 3 INTEGRA O DE ENERGIAS RENOVAVEIGS 2 ssseececeeceneececesccceasseeseeneeceeeeseeeeeeeeseaneasesseeeess 15 2 3 1 Tipos de recursos renoOV VEIS cooonccnnccccoonconccnonononnnonnnononnnnnnnnnnonnnnnannnnnnnnnnnnnnnnnannnnnnnnnanens 16 2 3 2 Disponibilidade dos recursos renov veis ooooncicconocononoconocononoconanononnnonannnnnnnonannonnnonnannnnns 16 2 4 SISTEMA DE ENERGIA H BRIDO oocccccccccnnnnnncccccconononoonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnononnnnnnnnannnannnns 17 2 4 1 Tipos de sistemas de energia HD DbridOsS ocoooconccoccccconononoconanonnnnnonononnononannnnnnnnnanonos 18 2 4 2 Sistema de energia h brido FV e lico diesel oooocooonncccccccocncononononnconononanccnnonnnanennnnos 20 24 3 Allallse CCONQMICA pa Deine ER 24 Si METODOLOGIA init 27 Sel ANAMIODE ES TUDO RE N 27 3 2 REA DE ESTUDO ccocnncnnninnnnr ttita tata tn tska kakt En EAKA EA ESER EAEEEEE EEAS ERER ES ESENE EEEE EE Enararen rns 29 3 3 GOF TWARE SDE APOIO scossa pesado a a a eara Rr Ra 30 CS HOME T a a ee 30 Doe nn ee nos di dA aan 30 3 4 COMO EFECTUAR E OPTIMIZAR O DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA H BRIDO cccccccccc
97. nergy Efficiency Design Index EEDI for new ships Mezzai N Rekioua D Rekioua T Mohammedi A Idjdarane K amp Bacha S 2014 Modeling of hybrid photovoltaic wind fuel cells power system International Journal of Hydrogen Energy 39 27 15158 15168 Moldanov J Fridell E Popovicheva O Demirdjian B Tishkova V Faccinetto A amp Focsa C 2009 Characterisation of particulate matter and gaseous emissions from a large ship diesel engine Atmospheric Environment 43 16 2632 2641 Molland A Turnock S amp Hudson D 2011 Ship Resistance and Propulsion Practical Estimation of Ship Propulsive Power Cambridge University Press Cambridge Morais J 2009 Sistemas fotovoltaicos da teoria a pr tica S Domingos de Rana Weidm ller Norstad l Fagerholt K amp Laporte G 2011 Tramp ship routing and scheduling with speed optimization Transportation Research Part C Emerging Technologies 19 5 853 865 Nema P Nema R amp Rangnekar S 2009 A current and future state of art development of hybrid energy system using wind and PV solar A review Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 2096 2108 Open Renewables 2013 Open Renewables Open 2XX PQ60 Retirado de http www openrenewables com pt producis open 2xx pq60 em 22 08 2014 Park J Katagi T Yamamoto S amp Hashimoto T 2001 Operation control of photovoltaic diesel hybrid generating system considering fl
98. nical study of a hybrid system wind photovoltaic diesel for rural electrification in Algeria Applied Energy 86 7 8 1024 1030 Shao W Zhou P amp Thong S 2012 Development of a novel forward dynamic programming method for weather routing Journal of Marine Science and Technology 17 239 251 SKF 2008 SKF Group Biodegradable grease Retirado de http www skf com group products lubrication solutions lubricantis biodegradable grease index html em 20 09 2014 SMA Solar Technology AG 2013 SMA Sunny Home Manager Retirado de http www sma de en products monitoring control sunny home manager html em 23 09 2014 Stackhouse P 2014 Surface meteorology and Solar Energy NASA Surface meteorology and Solar Energy RETScreen Data Retirado de http eosweb larc nasa gov sse RETScreen em 15 07 2014 Supple D 2006 MIT Energy Club Units amp Conversions Fact Sheet Retirado de http web mit edu mit_energy em 15 09 2014 TecnoVeritas 2011 Ship Energy Surveys Improving fuel efficiency and environmental impact of your ship operations Retirado de http www tecnoveritas net en ship energy surveys php em 08 03 2013 86 TecnoVeritas 20124 ENERLMUSION Fuel Emulsification System Retirado de http www tecnoveritas net en enermulsion php em 08 03 2013 TecnoVeritas 2012b SEEMP Ship Energy Efficiency Management Plan Retirado de http www tecnoveritas net en ship energy efficiency php em 08 03 20
99. nsporte nomeadamente cargueiros petroleiros navios de g s porta contentores e navios de passageiros O EEOI de cada viagem calculado pela seguinte f rmula bj FC XCF McargaXD EEOI A m dia do indicador para um determinado per odo ou n mero de viagens calculada pela seguinte f rmula ID FC XCF EEOI ae il Jl j mca Di Os termos que comp em o indicador s o e Tipo de combust vel e N mero de viagens per odo entre a partida de um porto e a partida do pr ximo porto e FC combust vel consumido no mar e no porto ou numa viagem ou per odo em quest o por exemplo um dia pelos motores principais e auxiliares incluindo as caldeiras e incineradores e FG Massa do combust vel j consumido na viagem i e CF Factor de convers o n o dimensional entre o consumo de combust vel medido em tea emiss o de CO medida em t com base no teor de carbono o valor do CF para o diesel 3 206 t CO2 t combust vel e Meaga Carga transportada t ou trabalho produzido n mero de passageiros ou autom veis ou tonelagem bruta a massa da carga transportada ou o trabalho expresso da seguinte forma o Para navios de passageiros o n mero de passageiros ou tonelagem bruta do navio o Para ferries de autom veis n mero de autom veis ou metros de pista ocupados o No caso do navio em estudo que transporta passageiros e autom veis aplicam se ambos os tipos de carga e D Dist ncia e
100. ntal SKF 2008 5 2 4 Baterias Prop e se a instala o de um banco de baterias com capacidade para ser carregado atrav s do sistema FV e do sistema e lico e para fornecer energia s aplica es el ctricas do navio As caracter sticas da bateria seleccionada figura 5 12 encontram se na tabela 5 8 Tabela 5 8 Especifica es t cnicas da bateria CSPower 2014 Especifica o Valor Modelo CSPOWER CG12 300 Material Gel Capacidade nominal 300 Ah M xima profundidade de descarga 80 Tens o nominal 12V Peso 73 Kg Dimens o 520 mm x 268 mm x 243 mm Preco 151 Ciclo de vida 20 anos 55 CS poner CO ISO ia LGQ12 30 3 ZOO 12 300Ah AX a rom TEEN Comes Ma sena Figura 5 12 Bateria CSPOWER CG12 300 CSPower 2014 A n vel de manuten o este tipo de baterias dispensa revis o do nivel de eletr lito por adi o de gua destilada durante a sua vida til pois encontram se seladas Assumindo que ser um elemento da Transtejo a efectuar a manuten o das baterias que consiste apenas na verifica o das liga es n o existem custos adicionais De acordo com as necessidades energ ticas do LISBONENSE e o per odo de opera o di rio aplicaram se as respectivas f rmulas para obter o n mero de baterias necess rio a Requisitos di rios das aplica es alimentadas pelo sistema FV 117 903 Wh dia b Capacidade total necess ria Ah a 12 V 117 903 Wh dia x 1 dia
101. nto com elevada efici ncia direccionado especificamente para sistemas FV e utiliza um chip especial de controlo inteligente O display do equipamento apresenta o estado dos par metros do sistema a funcionar Tabela 5 9 Especifica es t cnicas do controlador de carga para o sistema FV Hefei Sunway Power Co Ltd 2014 Especificac o Valor Modelo Sunway Power SSCP 384V 85A TA Pot ncia m xima do sistema FV 32 600W Corrente m xima do sistema FV 85 A Tens o das baterias 390 V Peso 13 Kg Dimens o 540 mm x 505 mm x 150mm Pre o 424 20 Ciclo de vida 15 anos 57 Figura 5 13 Controlador de carga Sunway Power SSCP 384V 85A Hefei Sunway Power Co Ltd 2014 5 2 4 2 Controlador de carga do sistema e lico semelhan a do sistema FV tamb m se prop e a instala o de um controlador de carga em cada uma das turbinas e licas com os mesmos objectivos As caracter sticas do equipamento seleccionado figura 5 14 encontram se na tabela 5 10 Para al m do tamanho reduzido e da utilidade do display oferece protec o contra sobrecarga sobretens o subtens o e sobreaquecimento entre outras O controlador tem um funcionamento seguro e fi vel com elevada efici ncia e ciclo de vida Tabela 5 10 Especifica es t cnicas do controlador de carga para o sistema e lico CAP Solar 2013 Especificac o Valor Modelo CAP SSWC 10 24 Pot ncia da turbina e lica 1000W Pot ncia m xima da
102. nvironment 42 6 1160 1168 Fuel prices europe info 2014 Current fuel prices petrol prices diesel prices LPG prices in Europe on Tuesday October 07 2014 Retirado de http www fuel prices europe info em 07 10 2014 Futurenergy 2006 Futurenergy AirForce TkW Upwind Turbine Retirado de http www futurenergy co uk turbine html em 20 08 2014 Hefei Sunway Power Co Ltd 2014 Sunway Power PV System Controller Retirado de http www sunway power com ProductShow asp id 73 amp pid 242 em 20 09 2014 82 IMO 2012 EEDI Rational safe and effective International Maritime Organization Retirado de http www imo org MediaCentre HotTopics GHG Pages EEDl aspx em 06 08 2014 IMO News Magazine Issue 3 2007 p 98 IMO News Magazine Issue 1 2008 p 6 IMO News Magazine Issue 4 2008 p 6 IMO News Magazine Issue 3 2009 pp 4 5 amp pp 21 28 IMO News Magazine Issue 1 2012 p 9 IMO News Magazine Issue 1 2012 p 12 14 IMO 2009 Second IMO GHG Study 2009 doc MEPC59 INF 10 London International Maritime Organization IMO Instituto Hidrogr fico 2014 Modela o de valores hor rios de velocidade e dire o do vento no per odo de 01 de janeiro de 2013 a 31 de dezembro de 2013 na posi o geogr fica de Latitude 38 6975 N e Longitude 9 1444 W Instituto Portugu s do Mar e da Atmosfera 2014 Valores m dios hor rios de velocidade do vento e rumo do vento observados na esta o mete
103. o aut mato liga ou desliga o gerador a diesel Os valores ilout e i2out correspondem intensidade de corrente de sa da dos dois inversores respectivamente com uma margem de seguran a de 11 1 Resumindo sucintamente o circuito a Se as baterias tiverem carga superior a 40 e tout e i2out forem inferiores a 16 A respectivamente o gerador a diesel mant m se desligado pois n o necess rio aumentar a produ o de energia b Se as baterias tiverem carga superior a 40 mas tout ou i2out forem superiores a 16 A respectivamente o gerador a diesel ligado pois necess rio aumentar a produ o de energia c Se as baterias tiverem carga inferior a 40 o gerador a diesel ligado pois necess rio aumentar a produ o de energia 63 Power kW d O gerador a diesel demora 30 minutos a ficar operacional antes de iniciar a produ o de energia para as aplica es el ctricas de forma a poder estabilizar o variador de velocidade Este circuito apenas um exemplo sugerido podendo sofrer v rias altera es conforme as op es do operador como por exemplo ao n vel da carga m nima das baterias ou do tempo m nimo para estabilizar o gerador a diesel 5 3 Projecto introduzido no HOMER O diagrama da figura 5 19 apresenta o resultado do projecto do sistema h brido em estudo introduzido no software HOMER LARGA 236 kh 39 kW peak Converter 612 300 AL DL Figura 5 19 Con
104. o de dimensionamento ptimo de um sistema h brido e lico FV diesel para pequenas aplica es na Turquia A optimiza o dos componentes foi feita atrav s de m todos estat sticos e matem ticos A investigac o de Saheb Koussa et al projectou um sistema h brido e lico FV diesel com baterias para aplica es remotas na Arg lia Os resultados das simula es obtidos atrav s do software MATLAB indicaram que este sistema tem um desempenho e fiabilidade superior ao sistema apenas FV ou e lico Um estudo aplic vel a uma ilha na Ar bia Saudita projectou um sistema de energia h brido e lico FV diesel de forma a reduzir o consumo de diesel e manter um fornecimento de energia constante numa vila substituindo a actual central el ctrica a diesel com oito geradores Foi utilizado um software para optimizar o sistema h brido o HOMER uma ferramenta de modela o e optimiza o de sistemas energ ticos h bridos Este software cont m uma s rie de modelos de componentes energ ticos e avalia op es tecnol gicas apropriadas com base no custo e disponibilidade dos recursos A an lise com o HOMER requer informa es sobre os recursos 20 restri es econ micas m todos de controlo inputs sobre os tipos de componentes incluindo a sua quantidade os custos a efici ncia a longevidade etc Pode ainda ser feita an lise de sensibilidade com vari veis tendo uma gama de valores em vez de um n mero espec fico Rehman et al
105. oi necess rio obter informa o rigorosa sobre o espa o dispon vel para colocar pain is FV e turbinas e licas Para al m da planta apresentada na figura 5 1 a signat ria capturou imagens desse mesmo espa o representadas nas figuras 5 2 5 3 e 2 4 43 Figura 5 2 Conv s do sol rio do LISBONENSE 44 o y Figura 5 3 Objectos a considerar no c lculo da rea til do conv s do sol rio conjunto de jangadas salva vidas e clarab ia Figura 5 4 Tecto da Ponte 5 2 1 M dulos FV Considerando que a rea til do conv s do sol rio a rea dispon vel para a instala o dos pain is FV do sistema h brido a tabela 5 1 apresenta os valores necess rios para calcular a mesma e o respectivo resultado Para tal necess rio subtrair as reas dos objectos que se encontram actualmente no conv s do sol rio e dos corredores que ser o indispens veis para efectuar a eventual manuten o dos m dulos FV para permitir o acesso ao tecto da ponte do navio e por quest es de seguran a incluindo o acesso as b ias e s jangadas salva vidas 45 Tabela 5 1 Par metros para o c lculo da rea til do conv s do sol rio Par metro Area Largura do conv s do sol rio 15m Comprimento do conv s do sol rio 22 4 m rea total do conv s do sol rio 336 m 4 Conjuntos de jangadas salva vidas 4 x4 5m 18m 1 Clarab ia 8 m Corredores e espacos de seguran
106. olt V Volt V Volt Power Factor raz o entre a pot ncia real e a pot ncia aparente em AC xidos de Azoto Di xido de Azoto Oxig nio Part culas de mat ria com 2 5 um de di metro Di xido de Enxofre XXI XXII 1 INTRODU O 1 1 Introdu o e objectivos Apesar de opini es diversas sobre a origem do aquecimento global e da acidifica o dos oceanos j se admite que o aumento das concentra es de gases de efeito estufa GEE e o consequente aumento da temperatura global fig 1 1 est o a alterar a complexa rede de sistemas que permitem o desenvolvimento de vida na Terra a cobertura de nuvens as chuvas os padr es dos ventos o n vel m dio das guas do mar as correntes oce nicas e a distribui o de esp cies de plantas e animais est o a ser afectados IMO News Magazine Issue 3 2009 Figura 1 1 Gases do efeito estufa a provocarem aquecimento global Foga a 2012 O modo de vida da humanidade ir tornar se insustent vel e h que antecipar e alterar essa situa o necess rio tomar decis es de forma c lere adoptando um compromisso global v lido hoje e no futuro Para tal tem que se definir prioridades e fazer sacrif cios IMO News Magazine Issue 3 2009 H cerca de 70 mil navios empregues no tr fego internacional sendo que esta ind stria transporta mercadorias que correspondem a cerca de 90 do com rcio mundial MEPC 1 Circ 683 As emiss es de part culas e ga
107. on Group Ltd 2012 Com base na planta do tecto da ponte e nas caracter sticas da turbina e lica seleccionada obteve se o n mero de turbinas e licas poss vel de instalar assim como as respectivas posi es Esta disposi o verifica se na figura 5 10 elaborada atrav s do software Adobe Photoshop CC 2014 com a escala ajustada IN Conves Sol rio Figura 5 10 Vista frontal Disposi o das turbinas e licas FE1024U 24V no tecto da ponte do LISBONENSE Pode se constatar que no m ximo pode se instalar duas turbinas e licas FE1024U 24V no tecto da ponte do LISBONENSE As dimens es s o limitadas porque a fixa o de cada turbina e lica feita por quatro pontos dois pontos laterais que se encontram distanciados do eixo central em 3 5 m figura 5 10 e dois pontos no sentido longitudinal do navio que se encontram distanciados do eixo central em 3 0 m pois o comprimento do tecto da ponte s o 6 m A turbina e lica FE1024U 24V permite produ o de energia cont nua a partir de uma velocidade de vento de 3 m s Se a velocidade do vento nunca for inferior a este valor existe produ o de energia durante 24 horas por dia A turbina e lica atinge uma produ o superior a 1000 W com ventos constantes de 12 5 m s como se pode verificar no gr fico da figura 5 11 53 Potencial da turbina e lica 1200 1000 800 Pot ncia W 600 400 200 3 4 55 65 72 86 9 5 11 125 14 Vento m s
108. onnccnccccconcnncnononncnnnnononncnnnnnnnos 42 Tabela 5 1 Par metros para o c lculo da rea til do conv s do sol rio ccccccoconncnnccononncnnnnnnnos 46 Tabela 5 2 Especifica es t cnicas do m dulo FV em estudo Open Renewables 2013 46 Tabela 5 3 Energia produzida pelo sistema FV de 117 m dulos i eres 49 Tabela 5 4 C lculo do Output m dio di rio do m dulo FV em estudo 50 Tabela 5 5 Especifica es t cnicas do cabo el ctrico Quickbit 2014 io 51 Tabela 5 6 Especifica es t cnicas da turbina e lica em estudo Futurenergy 2006 52 Tabela 5 7 C lculo do Output m dio di rio da turbina e lica em estudo oocccncccccnccnncccnnccnnnnnnnnns 55 Tabela 5 8 Especifica es t cnicas da bateria CSPower 2014 55 Tabela 5 9 Especifica es t cnicas do controlador de carga para o sistema FV Hefei Sunway Fomento 1 10 2014 lt ts E lod ee 57 Tabela 5 10 Especifica es t cnicas do controlador de carga para o sistema e lico CAP Solar CO O IR A eee 58 Tabela 5 11 Especifica es t cnicas do inversor PVshop eu 2014 60 Tabela 5 12 Energia el ctrica anual HOMER erre nennen 65 Tabela 5 13 Energia el ctrica das diferentes fontes de energia HOMER cccceeeeeseeeeeeeeeees 66 Tabela 5 14 Energia el ctrica do inversor HOMER
109. orol gica de Lisboa Tapada da Ajuda no per odo de 01 de Janeiro de 2013 a 31 de Dezembro de 2018 Lai K Lun V Wong C amp Cheng T 2011 Green shipping practices in the shipping industry Conceptualization adoption and implications Resources Conservation and Recycling 55 6 631 638 Lee K Lee D Baek N Kwon H Lee C 2012 Preliminary determination of optimal size for renewable energy resources in buildings using RETScreen Energy 47 1 83 96 Lee K Shin D Yoo D Choi H Kim H 2013 Hybrid photovoltaic diesel green ship operating in standalone and grid connected mode Experimental investigation Energy 49 475 483 Lindstad H Asbjgrnslett B amp Stramman A 2011 Reductions in greenhouse gas emissions and cost by shipping at lower speeds Energy Policy 39 6 3456 3464 83 Liu S Papanikolaou A Zaraphonitis G 2011 Prediction of added resistance of ships in waves Ocean Engineering 38 641 650 Macedo P 2011 Transportes XXI Lisbonense Retirado de http www transportes xxi net fotografia foto 8271 em 21 08 2014 Magalh es L 2014 Lisboa e nova Carta do Potencial Solar do Concelho de Lisboa Retirado do http lisboaenova org cartasolarlisboa em 08 07 2014 Maleki A amp Askarzadeh A 2014 Optimal sizing of a PV wind diesel system with battery storage for electrification to an off grid remote region A case study of Rafsanjan Iran
110. part culas provenientes de navios representam um contributo significativo para a carga antropog nica e crescente no total das emiss es do sector dos transportes o que afecta a composi o qu mica da atmosfera do clima e da qualidade do ar local e regional e da sa de Eyring et al 2010 As emiss es da navega o nas guas europeias contribuem de 10 a 20 para o total de emiss es da navega o mundial European Environment Agency 2013 A regulamenta o sobre as emiss es de navios exige conhecimento abrangente do consumo de combust vel e emiss es actuais compreens o do seu impacto na composi o atmosf rica e no clima e projec es de evolu es futuras assim como op es de mitiga o As estimativas globais indicam que o transporte mar timo emite entre 0 9 e 1 7 milh es de toneladas de part culas por ano Cerca de 70 das emiss es dos navios ocorrem at 400 km da linha de costa causando problemas de qualidade do ar atrav s da forma o de ozono ao n vel do solo de emiss es de enxofre e de part culas em zonas costeiras e portos com muito tr fego Moldanov et al 2009 Winnes amp Fridell 2010 Adicionalmente as emiss es poluentes dos navios podem ser transportadas na atmosfera ao longo de v rias centenas de quil metros e assim contribuir para problemas de qualidade do ar no interior mesmo sendo emitidas no mar Os esfor os actuais para reduzir o enxofre e outros poluentes do transporte mar timo
111. podem incluir diferentes componentes tais como sistemas de distribui o de corrente cont nua DC ou alternada AC sistemas de armazenamento conversores e sistemas de controlo para a gest o das necessidades energ ticas que podem ser interligados em diferentes arquitecturas Mezzai et al 2014 necess rio aumentar a pesquisa e desenvolvimento das tecnologias das energias renov veis para continuar a melhorar o seu desempenho e as t cnicas para prever a sua produ o podendo integr las em sistemas com fontes convencionais como o diesel ou a rede el ctrica As fontes de energia renov veis t m mostrado excelente potencial como uma forma de contribui o suplementar para estes sistemas Desenvolvimentos futuros podem aumentar a atrac o financeira destes sistemas e melhorar a sua aceita o pelo utilizador Uma das aplica es mais promissoras da tecnologia de energia renov vel a instala o de sistemas de energia h bridos em reas remotas onde a extens o da rede cara e o custo do combust vel aumenta muito com o isolamento do local A fim de satisfazer as necessidades sustent veis de carga durante condi es naturais vari veis os recursos de energia renov veis precisam ser integrados uns com os outros utilizando conversores Estas fontes de energia como a FV ou e lica podem constituir uma boa alternativa para produ o de energia el ctrica em reas isoladas Nema et al 2009 Os geradores a diesel s o
112. r cerca de 60 000 mortes de origem cardiopulmonar e de cancro do 11 pulm o por ano em que a maioria das mortes ocorre perto da costa da Europa da sia Oriental e do Sul da sia Corbett et al 2007 Eyring et al 2010 A figura 2 4 apresenta um mapa da Europa com os valores de mortalidade cardiopulmonar anual associada s emiss es de part culas poluentes pelos navios As part culas emitidas pelos navios com superf cies cobertas de metais de transi o e compostos org nicos tamb m t m potencial para causar efeitos negativos na sa de Moldanov et al 2009 SHORE 0000004 2000000800088 O l RE 0900090884 of seco coco Case 2b Mortality 5 4 x e Lapa ea es u i f E 2 SPOSSOSYSLEG HHOCOSES e Cardiopulmonary lt gt S80 a SSSSCOEHOOTROOSOOO CO 000 e 1 10 g i s gt 2OOOOSEQ SOVSASOOOO e e e 11 50 OSSCSSSOSSHOC SHES HS A L EE O 51 100 700 0 00 O 101 200 O 201 300 O 301 600 Figura 2 4 Mortalidade cardiopulmonar anual na Europa atribu da as emiss es de part culas pelos navios Corbett et al 2007 Adicionalmente as emiss es dos navios provocam impactos nos ecossistemas European Environment Agency 2013 2 2 3 Solu es para reduzir emiss es poluentes Em termos globais a efici ncia operacional obtida por um grande n mero de operadores de navios ser uma grande contribui o para a redu o das emiss es de carbono Um Plano de Gest o da Efici ncia Energ tica do Navio S
113. ra cada ano do projecto O gr fico da 5 29 foi elaborado com base nestes valores o VAL do Cash Flow total Silo qo a 29 230 61 o VAL do investimento em 20 anos 15 837 99 o VAL da explora o em 20 anos 45 068 60 A Taxa Interna de Rentabilidade n o foi calculada porque no presente projecto sup e se que a taxa de juro conhecida e s existe uma proposta isto n o existem v rias alternativas de projecto com diferentes investimentos ou diferentes per odos de vida til Calculou se o Per odo de Recuperac o de Capital e Como o VAL acumulado ano a ano passa do negativo directamente para o positivo tabela C 1 recorreu se a uma interpolac o entre esses dois valores e os respectivos per odos de tempo D EI 2 t 6 anos 2 meses e 8 dias PRC e O mesmo valor pode ser obtido graficamente ponto vermelho na figura 5 29 Curva do Cash Flow total 40000 30000 20000 Cash Flow 0 12 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10000 20000 30000 40000 Anos de vida do projecto Figura 5 29 Curva do Cash Flow total descontado e acumulado do projecto em an lise O custo energ tico do sistema h brido proposto apresentado na tabela 5 21 Foi calculado com base no VAL do Cash Flow e o tempo de refer ncia utilizado foi o n mero horas no ano de 2013 em que houve produ o de energia 1446 horas 73 Tabela 5 21 Custo energ tico do sistema h brido
114. ra na rea representada na figura 3 2 que se encontra localizada no Rio Tejo A rea inclui o trajecto efectuado diariamente pelo navio que limitado a Norte pelo Terminal Fluvial do Cais do Sodr e a Sul pelo Terminal Fluvial de Cacilhas Cada trajecto consiste em 1920 jardas 0 96 milhas n uticas ou seja 1778 metros ME d Poa a o a E s Y y 24 ah to HAmadorall Y Cac m a a i A Y b er gt M CasCaism eiras r EZ Setu balset bal gt m a F fQuintaldo Conde bra A q sim ings E Se o a lv V a D co 04 LA Figura 2 2 Area do trajecto do LISBONENSE utilizada para estudo Software ECPINS 29 3 3 Softwares de apoio Com o objectivo de sustentar as decis es adoptadas na optimiza o do sistema h brido FV e lico diesel foram utilizados dois softwares como ferramentas auxiliares o HOMER e o RETScreen Ambos permitem inserir os dados das fontes de energia renov veis e convencionais como o diesel e dos recursos dispon veis no local de estudo e apresentam an lise de emiss es de GEE e econ mica 3 3 1 HOMER O HOMER um software de optimiza o que simula variadas configura es e escalas de sistemas de fontes de energia renov veis com base no custo l quido actualizado que o custo total da instalac o e operac o do sistema ao longo do seu ciclo de vida O c lculo avalia
115. ra revela que os sistemas h bridos de energias renov veis t m baixas emiss es poluentes mas ainda n o t m um custo competitivo em rela o aos sistemas de energia de combust vel f ssil Contudo a necessidade de energia renov vel e as melhorias nas tecnologias de energias alternativas poder o generalizar o uso destes sistemas Um estudo efectuado sobre Geoje uma ilha da Coreia do Sul prop e a utiliza o de um navio h brido que anualmente pode reduzir 3 5 t de GEE equivalente a CO Adicionalmente durante um tempo de vida de 20 anos pode ser evitado um total de 70 t de GEE Com a utiliza o dos pain is FV existe uma elevada redu o em CO e poupan a de combust vel em compara o com o sistema apenas a diesel Lee et al 2013 A percentagem de energias renov veis utilizadas no sistema h brido 35 e consegue evitar 4 976 8 t de GEE nomeadamente COs anualmente na atmosfera local Adicionalmente durante o per odo de vida til do projecto pode ser evitada a emiss o de 99 536 t de GEE Relativamente ao sistema energ tico apenas a diesel constatou se que 17 ocorre uma diminui o de 29 das emiss es poluentes Cada MWh de electricidade produzida a partir de fontes renov veis resulta numa poupan a de 1 7 barris de petr leo Rehman et al 2012 2 4 1 Tipos de sistemas de energia h bridos O uso de energia FV em navios foi estudado em Osaka no Jap o onde investigadores propuseram um sistema h brido
116. rminado intervalo de tempo a energia produzida pelas fontes renov veis turbinas e licas e m dulos FV juntamente com a energia armazenada nas baterias for inferior s necessidades de carga das aplica es el ctricas o gerador a diesel fornece a energia que falta 3 4 1 M dulos FV A escolha dos m dulos FV feita em fun o das aplica es el ctricas que neste estudo s o os equipamentos do navio O n mero total de m dulos determinado em fun o do espa o dispon vel no navio atendendo exist ncia de objectos no conv s e necessidade de serem criados corredores de seguran a e manuten o dos m dulos FV O sombreamento que ocorre nos m dulos FV prejudica a sua efici ncia e seguran a Maioritariamente as sombras s o tempor rias tendo origem por exemplo na presen a de folhas e sujidade de proveni ncia diversa dejectos de p ssaros poeiras de zonas industriais etc ou em nuvens No entanto grande parte da remo o da sujidade efectua se de forma natural desde que os m dulos FV estejam posicionados com um ngulo m nimo de inclina o na ordem de 12 Assim este ngulo m nimo de inclina o permite que os dep sitos sejam facilmente removidos atrav s da gua da chuva Carneiro 2010 A n vel de orienta o dos m dulos estes deveriam ser instalados com orienta o para Sul figura 3 3 pelo facto do navio operar no hemisf rio Norte Quando inclina o dos m dulos esta deveri
117. rsos convencionais verificado todos os anos Nema et al 2009 25 26 3 1 3 METODOLOGIA A tabela 3 1 e a figura 3 1 apresentam as caracter sticas principais do navio em estudo Valor LISBONENSE Navio de estudo Tabela 3 1 Caracter sticas do navio LISBONENSE Par metro Nome Propriet rio Local de opera o Comprimento fora a fora Boca Calado m ximo Dist ncia do tecto da ponte linha de gua Tonelagem bruta Peso bruto Deslocamento Tanque combust vel Tanque aguada Pot ncia nominal do motor Caterpillar C32 V12 ACERT Pot ncia m xima do gerador Caterpillar C4 4 DITA Tens o do gerador N mero de passageiros Viaturas Velocidade servi o Construtor Ano constru o rea do conv s do sol rio Pot ncia m xima dos equipamentos de consumo de energia el ctrica N mero viagens por dia M dia de tempo di rio de consumo dos equipamentos 27 Transtejo Entre as margens Norte e Sul do Rio Tejo 47 5 m 16 m 2 2 M 10 57 m 150 t 190 t 630 t m ximo 440 t leve 82 m 4 m 634 kW 65 kW P el ctrica 75 4 kW P mec nica 400 V 360 3 tripulantes 29 11 n s Navalria 2009 336 m 39 4 kW 20 10 no sentido N S e 10 no sentido S N 4 horas dee A Paty Te n por AO ee RR RS DA ee GIA nnam Waite Ste 5 a a ae o mr u een ao E Figura 3 1 LISBONENSE a operar no Rio Tejo Macedo 2011 As aplica es el
118. rsos energ ticos Cash How Summary 120 000 PY FE1024U 24 V Diesel Generator CSPOWER CG12 300 5 90 000 Converter O O O 5 60 000 YN D a 2 30 000 a EE Figura 5 26 Custo liquido actualizado de cada componente HOMER As figuras 5 27 e 5 28 apresentam o Cash Flow dos diferentes fluxos monetarios e dos diferentes componentes respectivamente O capita inclui os investimentos iniciais enquanto o replacement a substitui o de componentes ou seja inclui tamb m investimentos mas em per odo diferente ao 15 ano do ciclo de vida do sistema h brido O salvage consiste no valor que determinados componentes t m no final do ciclo de vida Operating s o os custos de operac o e manuten o do sistema enquanto o fuel o custo dos combust veis consumidos 10 000 Cash Hows Capital Replacement Salvage Operating TOLL Tit u 10 000 l gt O J LL lt 20 000 O T E E O 30 000 40 000 50 000 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Year Number Figura 5 27 Cash Flow do sistema ao longo da sua vida til HOMER 68 Cash Flows 10 000 EY FE1024U 24 V Diesel Generator CSPOWER CG12 300 IAN NADOS Lill o 10 000 e 3 O a LL 8 20 000 O T e E O 30 000 40 000 50 000 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1
119. rtar mais de 12 passeiros o que est definido no regulamento 2 do cap tulo 1 do SOLAS MEPC 1 Circ 681 No entanto h que considerar o transporte de viaturas m ximo de 29 apesar do seu desempenho di rio estar direccionado para o transporte de pessoas Tabela 4 1 Par metros para o c lculo do EEDI Transtejo b Par metro Valor Crue Crar 3 206g CO g diesel tendo como base um teor de carbono de 0 875 Vier 11 n s nm h Capacidade tonelagem 1501 de arquea o bruta Peso Bruto 630 440 1901 P P ME 0 75 634 475 5 PAE 65 kW Por 634 0 75 0 7 679 29 kW Pott 0 Paget 0 SFCye 205 3 g kWh SFCaer 211 4 g kWh Fj 1 por n o operar no gelo Fw 1 no local de opera o do LISBONENSE considera se que o estado do mar calmo Feff 0 Fi 1 por n o operar no gelo Fc 1 Aplicando a f rmula TEL FOE Pur i j CrME i SF Cmeti Paz Crag SFCag T i fj j rn Pprici Sof Paves pq JCFAE f SFC4g O fr Persa Creme SF Ce fi fc capacidade Vref fw 964 10 g t nm Apesar de existirem diferentes valores tabelados para o c lculo do EEDI requerido pela IMO nenhum deles aplic vel ao navio em estudo S exigido o EEDI obtido atrav s dos valores tabelados nos navios com tonelagem de arqueac o bruta superior a 400 t 41 Contudo o c lculo do EEDI efectuado fundamental para a avalia o das emiss es de CO por unidade de trabalho e a base de compara o para
120. s Capacidade total necess ria Ah Capacidade m xima para cada bateria Ah M xima profundidade de descarga Se a liga o das baterias for em s rie h um aumento da tens o Se a liga o for em paralelo h um aumento da capacidade do sistema intensidade da corrente mas a tens o terminal continua constante O agrupamento no banco de baterias pode ainda ser feito em s rie paralelo conforme seja mais conveniente O custo de manuten o das baterias inclui o pagamento a um trabalhador para durante 1 a 2 horas verificar as liga es e recarregar as baterias em eletr lito se necess rio Dufo L pez et al 2011 3 4 5 Inversor Por se tratar de um sistema aut nomo o conversor ter inclu do um inversor aut nomo de forma a criar uma tens o alternada a partir da energia acumulada nas baterias Estes equipamentos possuem um factor de efici ncia ou pot ncia FP que dado em propor o perda do pr prio circuito O inversor definido pela tens o de trabalho entrada dos m dulos FV em corrente cont nua e pela tens o de sa da O inversor deve ter pot ncia suficiente para superar a pot ncia do consumo dos equipamentos e para tal deve se verificar o consumo do pico de carga 3 4 6 Gerador a diesel O gerador a diesel uma fonte de reserva de energia el ctrica que independente da meteorologia isto dos recursos renov veis de energia Dufo L pez et al 2011 Neste trabalho considerou s
121. segundos para o gerador alcan ar o funcionamento normal No entanto a energia proveniente das baterias suportou a estabilidade de transi o incluindo necessidades energ ticas cr ticas tais como o GPS e o RADAR Dos resultados da estrat gia de opera o da avalia o de estabilidade e da an lise econ mica obtiveram as seguintes conclus es e A instala o do painel FV tem que ter em considera o o custo de investimento a manuten o e resist ncia ao vento e A altera o do modo independente para o modo ligado rede e vice versa pode ser controlada automaticamente ou manualmente pelo comandante do navio e O navio h brido ir diminuir a depend ncia em combust veis f sseis e Este tipo de navio tem um elevado potencial para ser utilizado em pa ses com ilhas especialmente actualizando navios existentes com sistemas apenas a diesel Lee et al 2013 19 V rios sistemas de energia h bridos foram instalados em muitos pa ses ao longo da ltima d cada competindo com fontes convencionais de energia de combust vel em reas remotas Est o dispon veis v rios programas de simula o o que permite o dimensionamento ptimo deste tipo de sistemas O recente estado da arte do seu desenvolvimento tecnol gico resulta de pesquisas em diversas reas tais como e Avan os na convers o de energia el ctrica atrav s de novos dispositivos semicondutores electr nicos de energia t m aumentado a efici ncia qualid
122. ses de exaust o provenientes dos navios contribuem significativamente para as altera es da composi o qu mica da atmosfera da qualidade do ar a n vel local e regional e do clima Devido relativa proximidade da costa a maioria das emiss es dos navios afecta a qualidade do ar nas reas costeiras Moldanova et al 2009 Eyring et al 2010 Devido ao aumento das preocupa es ambientais que se tem constatado nomeadamente referentes s emiss es poluentes dos navios e ao aumento dos custos dos combust veis tem surgido uma necessidade de reduzir o consumo de combust vel pelos navios Lindstad et al 2013 O presente trabalho consiste no estudo da implementa o de um sistema de energia h brido num navio que inclui fontes de energia fotovoltaica FV e lica e a diesel A investiga o foi direccionada para vertentes de efici ncia energ tica econ mica e ambiental analisando as altera es no consumo de combust vel provocadas pela implementa o do sistema e consequentemente nas emiss es poluentes e na poupan a de custos O navio seleccionado para o estudo o LISBONENSE que sendo propriedade da TRANSTEJO efectua transporte de passageiros e ve culos no Rio Tejo Perante o problema apresentado os objectivos desta investiga o s o e A identifica o das emiss es atmosf ricas provenientes de um navio com motor a diesel e A identifica o da dimens o do problema a nivel global e A identifica
123. sistema energ tico A implementa o deste sistema h brido no navio em estudo requer ac es de forma o direccionadas aos trabalhadores da Transtejo com o intuito de transmitir conhecimentos sobre os subsistemas de energias renov veis e sobre os restantes componentes Com base numa vis o de futuro sustent vel e nestas conclus es recomenda se um incremento no desenvolvimento de sistemas h bridos energ ticos e dos seus componentes principalmente aplic vel a navios necess rio continuar a aprimorar as tecnologias das energias renov veis de forma a aumentar o aproveitamento dos recursos energ ticos renov veis que o planeta oferece tais como o sol e o vento Apesar destes recursos terem maior potencial no mar e nos rios devido diminui o significativa de obst culos em compara o com o meio urbano este aproveitamento ainda muito reduzido 80 8 BIBLIOGRAFIA A P Moller Maersk Group s 2009 Health Safety Security and Environment Report 2008 Abecassis F amp Cabral N 2010 An lise econ mica e financeira de projectos Lisboa Funda o Calouste Gulbenkian Agrawal H Malloy Q Welch W Miller J Cocker Ill D 2008 In use gaseous and particulate matter emissions from a modernocean going container vessel Atmospheric Environment 42 5504 5510 Better Generation Group Ltd 2012 Better Generation FuturEnergy 1kW Wind Turbine Retirado de http www bettergeneration co uk wind turb
124. stema FV 14 x 30 V 420 V Corrente do sistema FV 9 x 8 5 A 76 5 A Pot ncia do sistema FV 420 V x 76 5 A 32 130 W Contudo o navio n o tem capacidade para instalar 126 m dulos e por outro lado pode se aproximar mais a tens o do sistema FV aos 400 V Reformulando atrav s da redu o de 1 m dulo em s rie 13 M dulos ligados em s rie 9 M dulos ligados em paralelo N mero total de m dulos 13 x 9 117 m dulos Tens o do sistema FV 13 x 30 V 390 V Corrente do sistema FV 9 x 8 5 A 76 5 A Pot ncia do sistema FV 390 V x 76 5 A 29 835 W Na tabela 5 3 apresenta se o resultado do c lculo da energia que o sistema FV tem capacidade de produzir por dia m s e ano tendo em considera o as caracter sticas do m dulo rea 1 64 m efici ncia 15 5 inclina o e azimute e o n mero de unidades 117 Os valores da radia o solar no local e inclinada foram retirados dos dados de Stackhouse 2014 Tabela 5 3 Energia produzida pelo sistema FV de 117 m dulos no Radia o Radia o Radia o Radia o eN Total Total Solar Solar Solar m dia M s Solar no local en et mensal anual rien inclinada N S inclinada S N inclinada kKWh m dia ue ote en kWh m s kWh kWh m dia kWh m dia kWh m dia Janeiro 2 40 3 19 1 54 2 36 2178 56 Fevereiro 3 31 4 04 2 41 3 23 2975 62 Marco 4 72 9 34 3 86 4 60 4242 96 Abril 6 00 6 34 5 38 5 86 5406 75 Maio 6 82 6 85 6 45 6
125. tados s o apresentados na tabela 5 7 que incluem o output m dio di rio das duas turbinas e licas O deslocamento do navio que provoca este aumento do output m dio di rio ir tamb m aumentar o consumo de diesel pelo sistema de propuls o devido ao atrito apresentado pelas turbinas e licas no entanto este consumo e o respectivo acr scimo n o est o inclu dos no presente estudo 54 Tabela 5 7 C lculo do Output m dio di rio da turbina e lica em estudo Output m dio di rio da Output m dio di rio Wh dia Output das duas turbinas USS turbina e lica Wh dia incluindo deslocamento e licas Wh dia Janeiro 430 83 1296 03 2592 06 Fevereiro 369 52 1234 72 2469 44 Marco 654 36 1519 56 3039 12 Abril 515 52 1380 72 2761 44 Maio 423 19 1288 39 2576 78 Junho 398 64 1263 84 2527 68 Julho 226 74 1091 94 2183 88 Agosto 265 88 1131 08 2262 16 Setembro 370 65 1235 85 2471 70 Outubro 262 14 1127 34 2254 68 Novembro 358 24 1223 44 2446 88 Dezembro 495 65 1360 85 2721 70 M dia 397 61 1262 81 2525 63 Quanto a manutenc o das turbinas e licas esta consiste na verificac o dos lubrificantes e substituic o caso necess rio Sendo esta operac o efectuada por um elemento da Transtejo o custo representa o leo substitu do Um modelo de lubrificante aplic vel a estes sistemas o SKF LGGB 2 cujo pre o 20 Este lubrificante biodegrad vel e de baixa toxicidade sendo adequado para aplica es com preocupa o ambie
126. tejo foi o LISBONENSE e efetua o transporte de passageiros e viaturas entre as margens do Rio Tejo A pesquisa de literatura realizada a n veis nacional e global incidiu na caracteriza o das emiss es poluentes dos navios e respectivas consequ ncias e nas solu es que existem para reduzir as mesmas com principal incid ncia nos sistemas de energias renov veis Ap s uma pesquisa de mercado para an lise da rela o custo benef cio de cada tipo de componente do sistema h brido foram seleccionados os mais adequados para este projecto do qual resultou m dulos FV e respectivos cabos el ctricos turbinas e licas baterias de armazenamento controladores de carga inversores e um sistema de controlo e monitoriza o O gerador a diesel considerado o que se encontra actualmente instalado no navio Elaborou se um programa para o sistema de controlo de forma a accionar o funcionamento do gerador a diesel quando necess rio isto quando os sistemas de energias renov veis n o produzem energia el ctrica suficiente para alimentar as aplica es do navio Completado o dimensionamento do sistema h brido com aux lio dos softwares HOMER e RETScreen foi feita uma an lise a n vel ambiental e econ mico que evidenciou diversos aspectos positivos Destaca se a redu o das emiss es de CO em 81 56 e a rentabilidade do projecto que com um ciclo de vida de 20 anos tem um per odo de recupera o do capital investido de cerca d
127. teries DCi Photovoltaic panels Wind Turbines Diesel gasoline gen AC load Figura 2 8 Exemplo de sistema de energia h brido FV e lico diesel baterias em Espanha Dufo L pez et al 2011 23 2 4 3 An lise econ mica Como os sistemas de energia FV e e lica ainda s o relativamente caros nos custos de instala o os sistemas h bridos que incluem um gerador a diesel conseguem ter um menor custo do que sistemas apenas com fontes renov veis No entanto como o custo da energia calculado com base em todos os custos futuros durante a vida til do sistema se o custo futuro do combust vel for muito maior do que o esperado pode haver um aumento significativo no custo da energia Dufo L pez et al 2011 Quanto mais optimizado for o projecto de um sistema h brido maior a sua rentabilidade e efici ncia econ mica Maleki amp Askarzadeh 2014 No estudo da ilha Geoje o investimento inicial foi 18 182 Para calcular o per odo de retorno utilizaram os seguintes princ pios e equa es e O custo do investimento inicial inclui os componentes do sistema h brido e a constru o de renova o do navio convencional e O custo de manuten o n o est envolvido no c lculo porque extremamente reduzido em sistemas FV e O consumo do gerador a diesel 3 Lts hora e Os pre os de combust vel e dos pain is FV s o constantes no entanto recentemente o custo dos pain is tem decrescido e do co
128. tilizarem estas orienta es de forma volunt ria Cumprindo com a Conven o MARPOL e outros instrumentos da IMO e com as ac es que muitas empresas j adoptam para al m dos requisitos obrigat rios pode se limitar o impacto sobre o meio ambiente global causado pelo transporte mar timo durante as suas opera es A melhoria das efici ncias pode reduzir o consumo de combust vel economizar dinheiro e diminuir os danos ambientais de cada navio Enquanto o resultado das medidas individuais pode parecer pequeno o efeito colectivo em toda a frota pode ser significativo MEPC 1 Circ 683 As directivas presentes na MEPC 1 Circ 684 podem ser usadas voluntariamente como base de um Indicador Operacional de Efici ncia Energ tica EEOI que ir auxiliar os armadores operadores de navios e partes interessadas na avalia o do desempenho da frota no que diz respeito s emiss es de COs Como a quantidade de CO emitida por um navio est directamente relacionada com o consumo de combust vel de diesel pelo mesmo o EEOI tamb m pode fornecer informa es teis sobre o desempenho de um navio em rela o efici ncia do combust vel Trata se de um indicador para a efici ncia energ tica de um navio em opera o como express o da efici ncia sob a forma de CO emitido por unidade de trabalho de transporte mar timo isto EEOI MCO trabalho de transporte Este ndice aplic vel a todos os navios que executam trabalhos de tra
129. to a tabela 5 18 apresenta os valores a incluir na f rmula de c lculo do EEOI Tabela 5 17 Par metros para o c lculo do novo EEDI Par metro Valor Crue Cre 3 206 gCO g diesel tendo como base um teor de carbono de 0 875 _ Viet 11 nos nm h Capacidade 1501 Peso Bruto 630 440 1901 P Pme 0 75 634 475 5 Pag 65 kW Per 634 0 75 0 7 679 29 kW Por 0 Paget 32 119 kW SFCye 205 3 g kWh SFCae 211 4 g kWh Fj 1 por n o operar no gelo Fw 1 no local de opera o do LISBONENSE considera se que o estado do mar calmo Feff 1 Fi 1 por n o operar no gelo Fc 1 Aplicando a f rmula j 1 l i 1 ME i CEME I ME i AE CUFAE AE j 1 dp dir PTI i Hai eff i TAEeff I J FAE AE Es effi Teff n EFME ME MEO Da Cmo Feno SO AR ER foro Pazerray Cran SF Car E fers Perro Cruz SF Ce fi fc capacidade Vref fw 937 72 g t nm Tabela 5 18 Par metros para o c lculo do novo EEOI Par metro Valor 20 viagens em dia til j diesel FC 0 0389 t por viagem Cf 3 206 t CO t diesel tendo como base um teor de carbono de 0 875 Mearga em 10 viagens 360 passageiros ou 29 viaturas eones 180 passageiros ou 15 viaturas Di 0 96 milhas n uticas 70 Aplicando a f rmula ppor HEFCnxcrp _ YilMcargaiXDi 0 534 x 10 t CO passageiros milhas n uticas ou 6 486 x 10 t CO viaturas milhas n uticas Estes valores so terao utilidade se forem calcul
130. turbina e lica 1500 W Corrente m xima da turbina e lica 60 A Tens o das baterias 24 V Peso 7 Kg Dimens o 355 mm x 380 mm x 150 mm Preco 274 90 Ciclo de vida 15 anos 98 Figura 5 14 Controlador de carga CAP SSWC 10 24 CAP Solar 2013 5 2 5 Inversor Foi seleccionado um tipo de inversor adequado para os sistemas FV e lico e de armazenamento Este inversor fornece energia el ctrica para o barramento AC do navio em estudo a uma tens o de 400 V Teve que se ter em considera o o valor da pot ncia m xima sem perdas de cada subsistema de forma a seleccionar um inversor com essa capacidade evitando posteriores danifica es Assim e Pot ncia m xima do sistema FV 29 835 W e Pot ncia m xima do sistema e lico 2 x 1142 W 2284 W e Pot ncia m xima de entrada no inversor 29 835 W 2284 W 32 119 W A tens o de entrada no inversor 390 V A tabela 5 11 apresenta as caracter sticas do inversor figura 5 15 selecionado Este modelo encontra se dividido em duas entradas no entanto os valores apresentados referem se capacidade total de pot ncia e corrente Este modelo espec fico direccionado para sistemas isolados De forma a maximizar a energia produzida optou se por ligar dois inversores em paralelo aumentando a corrente e a pot ncia de entrada No c lculo da pot ncia nominal de sa da AC aplica se um valor de cos q gt 0 995 99 Tabela 5 11 Especifica es t cnicas do inversor
131. uctuation of solar radiation Solar Energy Materials amp Solar Cells 67 535 542 Petrobras 2014 Petrobras Densidade e Poderes Calor ficos Superiores Retirado de http www investidorpetrobras com br pt servicos formulas de conversao detalhe formulas de conversao densidade e poderes calorificos superiores htm em 15 09 2014 Portal Energia 2012 Portal Energia Energias Renov veis Dimensionamento do controlador de carga para um sistema solar Retirado de http www portal energia com dimensionamento do controlador de carga para um sistema solar em 30 08 2014 85 Psaraftis H amp Kontovas C 2013 Speed models for energy efficient maritime transportation A taxonomy and survey Transportation Research Part C Emerging Technologies 26 331 351 PVshop eu 2014 PVshop eu PhotoVoltaic Solar Systems PV Solar Inverters 230V 400Vac Retirado de http pvshop eu ABB Power One Aurora PVI 10 0 l OUTD S 400V 50Hz 3Phase Isolated 10kW PV Solar Inverter html em 17 09 2014 Quickbit 2014 Quickbit co uk Lighting Electrical Suppliers 6mm Black PV Solar Cable Retirado de http quickbit co uk 6mm solar cable em 30 09 2014 Rehman S Alam M Meyer J Al Hadhrami L 2012 Feasibility study of a wind pv diesel hybrid power system for a village Renewable Energy 38 258 268 Revised MARPOL Annex VI Regulation 12 Guidance Notes Saheb Koussa D Haddadi M amp Belhamel M 2009 Economic and tech
132. um novo EEDI a ser calculado ap s simula o da implementa o do sistema h brido em estudo Com o objectivo de controlar a efici ncia energ tica do LISBONENSE foi calculado o seu EEOI para determinado n mero de viagens efectuadas num dia til de trabalho conforme par metros da tabela 4 2 Tabela 4 2 Par metros para o c lculo do EEOI Transtejo b Par metro Valor 20 viagens j diesel FC 0 041 t por viagem Cf 3 206 t CO t diesel tendo como base um teor de carbono de 0 875 Mcarga em 10 viagens 360 passageiros ou 29 viaturas Mearga em 10viagens 180 passageiros ou 15 viaturas Di 0 96 milhas n uticas Utilizou se cargas diferentes para cada metade do n mero de viagens devido s oscila es que ocorrem na utiliza o do navio em termos de carga passageiros e viaturas EEO HEFCnxcrp _ Meadas Di 6 925 x 10 t CO viaturas milhas n uticas 0 571 x 10 t CO passageiros milhas n uticas ou Estes valores s ter o utilidade se forem calculados frequentemente como por exemplo todos os dias de utiliza o do navio de forma a ser efectuada uma monitoriza o das emiss es de CO emitidas pelo navio durante a sua opera o 42 9 1 9 2 5 APRESENTACAO DE RESULTADOS Configurac o do sistema h brido A configurac o do sistema h brido proposto na presente dissertac o consiste na seguinte Um sistema FV constitu do por determinado n mero de m dulos ligado ao barramento DC do
133. v rios componentes e dos respectivos fluxos energ ticos Conclui se que a implementa o do sistema h brido aumenta a autonomia do navio e consequentemente a sua seguran a No caso por exemplo de uma avaria do gerador a diesel durante a navega o existem duas fontes adicionais a produzir energia s quais se soma o conjunto de baterias Adicionalmente este aumento de seguran a energ tica n o permite que haja interrup o 19 na alimenta o el ctrica dos equipamentos assegurando a energia necess ria no decorrer de eventuais picos ou cortes Na implementa o deste projecto pode se optar por seleccionar um equipamento que contenha as fun es de inversor armazenamento e controlo algo que est em ascens o no mercado Pode se concluir que o HOMER uma ferramenta que pode ser utilizada como apoio optimiza o de sistemas h bridos FV e lico diesel no entanto necess rio analisar todas as vari veis e interpretar os resultados de modo a perceber se os c lculos se adequam ao projecto As principais vantagens registadas ap s utiliza o do HOMER s o a possibilidade de compara o de projectos diferentes obtida em c lere simula o a an lise visual atrav s de diferentes gr ficos consoante vari veis opcionais a disponibilidade de diferentes fontes de energia e a informa o da base de dados relativa aos diferentes componentes de um sistema h brido O RETScreen por sua vez demonstrou tamb m ser

Sistema híbrido fotovoltaico / eólico / diesel aplicado a um

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