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Texto integral - Repositório Aberto da Universidade do Porto

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1. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Optimizac o do planeamento energ tico para um sistema insular integrando producao hibrida Diesel e lico FV Claudino Franklim Pereira Mendes Dissertac o de projecto realizado no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major Energia Orientador Prof Claudio Monteiro Junho 2008 Claudino Mendes 2008 Resumo O presente trabalho tem como objectivo apresentar uma alternativa credivel que possa saciar as car ncias energ ticas da ilha da Boa Vista em Cabo Verde aproveitando os recursos naturais proporcionados pelas suas caracteristicas climat ricas Pretende se mostrar que um sistema hibrido energ tico conciliando as produg es diesel fotovolt ica e edlica poder ser um excelente investimento tanto a nivel de efici ncia do sistema el ctrico como a nivel de custos visto estarmos na presenga de uma ilha que aposta no turismo como primordial impulsionador do seu crescimento exigindo para tal uma nova estrat gia para o seu sistema el ctrico Para isso utilizou se um software espec fico o Homer que possibilitou fazer v rias simulac es com o prop sito de avaliar e verificar qual a melhor combinag o para o sistema h brido encontrar a frac o ptima de pot ncia instalada de cada um desses recursos e fazer um estudo de sensibilidade com o intuito de verificar guais as implicag es no sistema na exist ncia de al
2. inviabilidade econ mica do projecto Desta forma ao se projectar um sistema h brido deve se ter em considera o um ajuste entre a produg o de energia el ctrica confi vel e o menor custo possivel para a implementag o do sistema e fundamentalmente considerar as varia es poss veis dos valores m dios relacionados tanto com a demanda como com os recursos 50 Analise de sensibilidade do sistema A an lise de sensibilidade permitiu estudar os par metros do sistema que podiam variar e defini los como variaveis de sensibilidades isto par metros do sistema que apesar de se conhecer os seus valores m dios e ou seus valores estimados podiam oscilar Na analise de sensibilidade fez se simulag es onde se variaram essas vari veis com o intuito de se saber qual o impacto que teriam no sistema em termos de custos de efici ncia e niveis de emiss o de poluentes Por exemplo permitiu saber se o aumento da velocidade media do vento trazia mais beneficios a rede ou nao se aumenta o custo ou nao do sistema ou quanto se poupa a nivel de emiss o de poluentes Este ultimo item podera ser muito importante uma vez que nao so pelo seu impacto ambiental mas tamb m pelo seu valor comercial uma vez que no mercado europeu j se negociam as taxas de emiss o de CO com pre o que rodam os 20 toneladas de CO 5 2 Vari veis de sensibilidade Perante essas condig es definiu se as vari veis de sensibilidades para o sistema co
3. ACE 50 20 25 500 ACP 450 2 25 1000 ACE 50 20 25 1000 ADE 450 2 25 2000 AD 18 25 ADE 500 20 25 2000 ACE 1000 2 25 400 ACB 1000 2 25 450 Ato 1000 20 25 500 ACE 1000 20 1000 ASB 40 2 3000 ACE 50 20 3000 ABE 450 20 25 3500 ACE 1000 20 25 2000 ACE 50 20 25 3500 ADE 450 18 25 400 ABE 450 18 25 450 ties 17 25 ACE 450 18 25 500 ACE 50 18 25 400 Figura 4 2 Resultado da simula o do Homer para o esquema base 4 3 Optimizag o e an lise de resultado 775 971 771 667 771 880 777 951 778 094 778112 778 137 778 873 779 647 779 931 780 637 780 853 780 921 781 148 781 247 781 263 781 346 781 434 46 514 46 490 46 541 46 536 46 541 46 490 46 536 47 131 47 131 47 481 47 131 47 126 Apesar do menor valor de NPC a utiliza o duma configura o que interliga apenas produg o e lico sem produc o fotovoltaico conectado a rede n o foi considerada pois descaracterizaria 0 proposito deste estudo ou seja n o corresponde a configurag o pretendida pois n o integra produg o fotovoltaica como se pretendeu Deste modo foi necessario analisar os outros resultados constatando se que de todos os resultados os que satisfaziam s configura es pretendidas e que apresentavam menor NPC s o os da posig o 2 e 3 assinaladas na Figura 4 2 com as cores ve
4. seguintes propriedades Tempo de vida estimado 25anos factor de derating 90 Inclinag o 15 e reflex o terrestre 20 Inversores Como os pain is funcionam no modo DC foi necess rio integrar conversores inversores que fizessem a transformag o de DC para AC Os inversores foram da mesma propor o que os pain is a nivel de potencia de forma a garantir a m xima convers o e tem as seguintes caracter sticas Tempo de vida 15anos efici ncia aproveitamento 90 Capacidade de rectifica o 100 efici ncia de rectifica o de 85 3 3 6 Restri es regras e imposi es Visto que nos consumos e nas produ es foi necess ria uma avalia o sobre as restri es regras e imposi es do sistema permitindo optimizar os dados e chegar a uma melhor decis o Deste modo os principais condicionalismos foram aqueles que impuseram restri es a n vel da fiabilidade a n vel econ mico e a n vel ambiental A n vel econ mico o HOMER aplica essas restri es de modo a simular o custo do sistema Para isso usa crit rios como o tempo de vida do projecto anos fixa o de custos de investimento fixa o de custos de opera o e manuten o ano e capacidade de penaliza o por falta de energia K Wh A n vel de efici ncia utilizou se as v rias ferramentas de controlo que o programa oferece como por exemplo a permiss o para o uso de v rios geradores ao mesmo tempo e o uso de um gerador
5. xvi Lista de Tabelas Tabela 3 1 Dados do relat rio de cotas de 2005 da Electra Tabela 3 2 Evolug o da carga humana prevista Tabela 3 3 Varia o da densidade populacional da ilha da Boa Vista Tabela 1 4 Consumos de gua e electricidade na dessaliniza o Tabela 3 5 Consumo di rio e anual da ilha Tabela 3 6 Pontas di rias da ilha de Boa Vista Tabela 3 7 Caracter sticas t cnicas do combust vel Diesel Tabela 3 8 Custos associados a instala o de grupos diesel Tabela 3 9 Custos associados a instala o de parques e licos Tabela 3 10 Valores de custos associados a instala o de grupos de pain is de IKW Tabela 3 11 Custos dos cabos da rede de distribui o em BT Tabela 4 1 Produ o anual de energia el ctrica Tabela 4 2 Produ o anual de energia el ctrica Tabela 4 3 Discrimina o dos custos Tabela 4 4 Valores de emiss o do sistema xvii xviii Abreviaturas e Simbolos AC Corrente alternado BT Baixa tens o DC Corrente continua kWh m Ouilowatt hora por metro guadrado CO Di xido de carbono ETA Estac o de tratamento de agua ETAR Estag o de tratamento de gua residual FV Fotovolt ico MT Media tens o MW Mega watt MWh d Mega watt hora por dia NPC Net present cost SDTIBM Sociedade do Desenvolvimento das ilhas da Boa Vista e Maio SEE sistema el ctrico de energias SHE Sistemas hi
6. 000 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 4 3 Produc o media mensal de electricidade Em relac o aos custos verificou se um custo total efectivo NPC de 774 498 816 e um custo de energia de 0 288 KWh em gue os custos detalhados s o apresentados na Tabela 4 3 42 Simulac o optimizac o e an lise de resultado Tabela 4 3 Discriminag o dos custos Custo anual Custo anual Custo Custo anual Custo Taigi a de de anual de de total Componentes Capital timento substitui o O amp M combust vel anual ano ano ano ano ano Pain is 2700000 196152 12254 22500 0 230906 Parque e lico 12600000 915376 97967 412000 0 1425343 Central diesel 23750000 1725412 5185143 43800 46541300 53495656 Inversor 400000 29060 8488 20000 0 57547 Outros 2000000 145298 0 911747 0 1057045 Total 41450000 3011298 5303852 1410047 46541300 56266496 Em relag o s emiss es s o mostrados na Tabela 4 4 os valores produzidos pelo sistema podendo se constatar que a maior percentagem das emiss es corresponde ao di xido de carbono com 122558576 kg ano Tabela 4 4 Valores de emiss o do sistema Poluentes EEES kg ano Di xido Carbono 122 558 576 Mon xido Carbono 302 518 Hidrocarboneto n o queimada 33 510 Part culas de mat ria 22 805 Di xido enxofre 246 119 Oxido nitrog nio 2 699 396 4 3 2 Funcionamento do sistema Conhecidas as caracter sticas da pr
7. 2 74 Ratios inactivos activos 0 6 Populag o em 2002 4200 0 Pop Turista permanente 37840 00 Emprego directo 7378 80 Emprego indirecto 20217 91 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simula o Tabela 3 3 Variag o da densidade populacional da ilha da Boa Vista REA 670 km POP ACTUAL 2002 4200 DENSIDADE ACTUAL 6 269 hab km POPULA O FUTURA 86194 7392 DENSIDADE FUTURA 128 649 hab km ACR SCIMO GLOBAL 2052 26 INCREMENTO M D ANUAL 136 82 fonte Dados estat sticos CV 2002 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simula o As previs es da evolu o do consumo o levantamento das caracter sticas dos recursos energ ticos renov veis o conhecimento dos custos de cada componente do sistema e a defini o de algumas restri es fizeram parte das regras e fases que tiveram de ser satisfeitas durante as simula o e optimiza o dos dados do sistema em estudo Assim foram definidos dois tipos de cargas para a simula o uma carga prim ria que agrega todo o consumo relacionado com popula o local e tur stica e uma carga defer vel relacionada com o consumo dos dessalinizadores Devido ao seu elevado consumo relativamente s outras cargas e sua possibilidade de varia o os dessalinizadores mereceram um estudo espec fico no qual o c lculo do consumo total da ilha ir
8. Rede interna 30 000 0 Obra civil aerogerador 100 000 0 Subestac es 100 000 0 Manutenc o amp Operac o 20 600 0 Substituic o 300 000 0 Pain is Fotovolt icos Quanto a produg o solar admite se que os empreendimentos tur sticos e as vivendas ter o obrigatoriamente uma frac o de auto produc o fotovolt ica que incluir 2 0 m2 de pain is fotovolt icos ligados a rede por cada quarto sendo que se pode obter 0 107 kWp de energia por m 34 Caracterizac o do caso em estudo A energia di ria produzida foi estimada para pain is policristalinos com efici ncia de 10 9 e uma inclina o de 15 Como j foi referido a produ o el ctrica dos pain is utiliza corrente el ctrica em DC sendo por isso necess rios inversores DC AC para passar a corrente AC da rede Os pain is fotovolt icos e os inversores ter o custos estimados de acordo com os valores da tabela seguinte Tabela 3 10 Valores de custos associados a instala o de grupos de pain is de 1K W Investimento 6 000 0 Substitui o 4 000 0 Manuten o amp Opera o 50 Ano Investimento 1 000 0 Substitui o 700 0 Manuten o amp Opera o 50 Ano 3 4 3 Componentes e custos das redes MT e BT Para rede MT ser o utilizadas linhas a reas de 30KV que interligar o as centrais diesel aos parques e licos e as centrais diesel s zonas de desenvolvimento tur sticos A
9. com capacidade menor que o pico da carga O programa permite tamb m controlar os geradores para que a produ o siga a carga ou que haja uma produ o independentemente do consumo sendo que neste ltimo caso ajudada pelas produ es renov veis e pelo armazenamento Uma outra ferramenta igualmente importante a capacidade de restri o do m ximo de carga n o alimentada anualmente A n vel ambiental imp s se o m nimo de frac o de energias renov veis necess ria ao sistema e dessa mesma frac o quais as percentagens de energia solar e de energia e lica dando a possibilidade de estimular limites e penaliza es para a emiss o dos gases nocivos ao ambiente 31 32 Caracterizac o do caso em estudo 3 4 Estimativa dos custos e dos componentes do sistema 3 4 1 Enquadramento No presente trabalho t o importante como a an lise t cnica foi o estudo de fiabilidade para a expans o da rede el ctrica de Boa Vista um estudo econ mico ou seja uma an lise de custos associados ao sistema fundamental para determinar se o projecto poder ou n o ser implementado principalmente quando se tem em considerag o a realidade econ mica de um pa s como Cabo Verde A inconst ncia dos pre os de combust vel a volatilidade dos mercados e as caracter sticas t cnicas dos componentes fazem com que os valores encontrados n o sejam fixos e indubit veis mas sim sujeitos a varia es dentro de uma certa margem a qual se prete
10. de 4 m s e m xima de 12 m s Para grandes aproveitamentos s o constru dos parques e licos Est o normalmente afastados dos centros de consumo devido ao impacto visual e s inconveni ncias da rede 2 3 Conceitos e tecnologias ligados a sistemas hibridos 11 Um aerogerador obt m energia convertendo a energia do vento num bin rio actuando sobre as pas do rotor A quantidade de energia transferida para o rotor pelo vento depende da densidade do ar da area de varrimento do rotor e da velocidade do vento Actualmente a maior parte das turbinas e licas s o constituidas com tr s pas Tamb m possivel encontrar com duas ou apenas uma pa eventualmente com menor custo em material A menor estabilidade da turbina a principal desvantagem das turbinas com uma ou duas pas A pot ncia P em watts extra da por uma turbina e lica dada pela express o abaixo P 1 2 Cp 9 p Av equa o 3 Onde C coeficiente de pot ncia adimensional n efici ncia da turbina e licaladimensional p massa especifica do ar kg m3 A rea da sec o transversal do rotor da turbina e lica m2 v velocidade do vento que ndice na turbina e lica m s Figura 2 3 2 Aerogerador 2 3 3 Parque E lico A convers o fotovolt ica da luz solar em electricidade feita pelas c lulas fotovoltaicas pequenas l minas delgadas recobertas por uma camada de d cimos de mil metro de um material semicondutor como o si
11. diesel a 1 Litro e fez se varia o armazenamento de agua e a velocidade do vento Legend 0 014 0 013 0 012 0 011 0 010 0 009 0 008 0 007 0 006 0 005 0 004 Superimposed Levelized COE S kWh Capacity Shortage Fraction 0 264 0 264 Wind Speed m s 6 gt h Fixed Diesel Price 1 L 60 000 80 000 100 000 120 000 ETA Storage kWh Figura 5 10 58 An lise de sensibilidade do sistema P de se constatar da figura 5 10 que por exemplo o aumento da capacidade de armazenamento de agua dessalinizada melhora a fiabilidade mas a partir de 60 MWh que corresponde a 12mil m de gua j n o existe melhoria Que a velocidades de vento de 5 5 m s originam piores indices de fiabilidade visto ser um valor em que ligam e desligam os aerogeradores mas para os regimes de vento de cabo Verde a e lica melhora a fiabilidade E que os custos de electricidade diminuem com a integrag o de e lica Numa outra an lise fixou se a frac o minima de renov veis a 10 e variou se o custo diesel e a capacidade de armazenamento de gua e analisou se os gr ficos das figuras 5 11 5 12 5 13 5 13 e da figura 5 14 Optimal System Type System Types 100 000 7 0 263 0 287 i 0 406 MN Wind Gen1 ME WindrPv Gen1 Superimposed 80 000 Levelized COE S kWh Fixed S Min Ren Fraction 10 60 000 a E Ww 0 276 0 301 N A 1 0 1 2 1 8 2 0 1 4 Diesel Price L Figura 5 11 Da analise d
12. fotovoltaicas oscilam muito durante o ano sendo que o seu aproveitamento se decorrer diariamente entre as 8h e as 18h Da an lise verificou se ainda que em alguns periodos do ano temos pequenos excessos de electricidade principalmente quando a velocidade do vento significativo Menores ainda s o os per odos em que durante o ano n o se consegue alimentar parte das pontas das cargas sendo apenas em periodos de pontas excessivos e de pouco vento 4 3 2 3 Conclus o das an lises Apos serem feitas as an lises pormenorizadas dos custos da efici ncia das emiss es e do funcionamento do sistema hibrido conclui se que este se encontra dentro dos valores e par metros esperados para o projecto Onde a produg o diesel representa 85 da energia el ctrica produzida significando que sera o sistema de produg o principal como se esperava que 14 da energia el ctrica vinha da produg o e lica e os restantes da produg o fotovoltaica Conclui se ainda que dos 196193888K Wh de electricidade produzida 195487392K Wh serviu para alimentar as cargas distribu das em 148768592K Wh para consumo da carga prim ria e 46718796K Wh serviu para alimentar a carga deferivel dos dessalinizadores Grande import ncia teve ainda a capacidade de armazenamento que permitiu armazenar 1423495K Wh de energia que representa 1 do total da produ o e ainda 683045K Wh de excesso de electricidade e 26215KWh de escassez de electricidade N meros bastantes satisfa
13. futursolutions pt URL amp 8 http www internationalrenewablesenergy com index php pag conteudo amp id conteu do 2953 amp idmenu 201 G RL9 http www ecopower pt index2 html URL10 www ineti pt URL11 www alterima com br URL12 www ider org br URL13 www eurocabos pt URL14 www addp pt URL15 www retscreen net pt home php URL16 http www ine cv URL17 http www electra cv URL18 http www ren pt URL19 http www energiasrenovaveis com URL20 http power inescn pt claudio URL21 http www dars pt 66 URL22 URL23 URL24 URL25 URL26 URL27 URL28 URL29 URL30 URL31 Refer ncias http www ecopower pt https www renade es http www ffsolar com http www abcdaenergia com enervivas index htm http www 4eolic com http www hrosystems com http www nrel gov http www caboverde com http pt wikipedia org wiki Ilha da Boa Vista http topicos123 com ILHA DE BOA VISTA HTML
14. hybrid systems renewable energies wind energies photovoltaic energies diesel generators Homer software vii viii Agradecimentos Primeiramente gostaria de agradecer ao meu professor e orientador Claudio Monteiro pela sua sabia orientag o e disponibilidade para tal durante estes ltimos anos A FEUP por me acolher e por proporcionar as melhores condig es para que eu iniciasse prosseguisse e conclu sse os meus estudos com a maior satisfa o Aos colegas do departamento de energia do INESC pelo apoio disponibilidade e boa disposig o que me deram durante o meu estagio de licenciatura Aos professores em especial professores Machado Moura e Franclim Ferreira e colegas cujas aulas e conviv ncia foram essenciais para o meu aprendizado nas diversas reas que englobam o tema energia Ao meu colega e amigo S crates Monteiro pelo apoio pelas conversas pelos conselhos e pela companhia Ao pessoal do GAS Porto e a Dra Maria do C u por todos os apoios prestados pelo carinho e pela amizade Ao pessoal do Audit rio da FEUP que acolheram me na sua equipa pela formac o e pelas oportunidades de poder evoluir como t cnico de audit rio A minha flor que esteve sempre l quando precisei que me inspirou e me deu forga Aos meus verdadeiros amigos pela forca pelo encorajamento e pela f que sempre depositaram em mim E finalmente aos meus pais e irm o que sempre me apoiaram incondicionalmente nos
15. melhor custo O combust vel utilizado ser gas leo e o lubrificante ser o fuel leo 380 Seguidamente ser o apresentados na Tabela 3 8 os custos associados a cada grupo de SMW das centrais diesel 3 4 Estimativa dos custos e dos componentes do sistema 33 Tabela 3 8 Custos associados a instalag o de grupos diesel Custos de refer ncia para Geradores a Diesel Investimento kW 950 00 Manuteng o MWh ano 5 00 Operac o MWh ano 5 00 Consumo de fuel L MWh 213 00 Custo do fuel Litro 0 42 Custos de refer ncia para grupos de 5MW Investimento kW 4 750 000 Substituic o KW 4 000 000 Aerogeradores Para a instalag o de parques e licos os custos estimados de investimentos e de substituic es foram de uma diferenga consider vel visto que o investimento inicial implica varios custos relacionados com obras civis circuito interno e subestag o que por sua n o ser o necess rios na substitui o dos aerogeradores como se pode confirmar na seguinte Tabela 3 9 Tabela 3 9 Custos associados a instala o de parques e licos Aerogeradores KW 500 0 Rede interna kW 50 0 Obra civil aerogerador 100 000 0 Subestac es subestac o de 4MW 100 000 0 Linha km 35 000 0 Estudo e projecto por parques 100 000 0 Manutenc o ano aerogerador 20 000 0 1 000 0 Aerogerador 300 000 0
16. meus projectos de vida me ensinaram a valorizar as coisas simples e que possibilitaram que eu realizasse este trabalho REGRESSO Mam e Velha venha ouvir comigo O bater da chuva l no seu port o E um bater de amigo Que vibra dentro do meu corag o A chuva amiga Mam e Velha a chuva Que ha tanto tempo n o batia assim Ouvi dizer que a Cidade Velha a ilha toda Em poucos dias j virou jardim Dizem que o campo se cobriu de verde Da cor mais bela porque a cor da esp ran a Que a terra agora mesmo Cabo Verde a tempestade que virou bonan a Venha comigo Mam e Velha venha Recobre a for a e chegue se ao port o A chuva amiga j falou mantenha E bate dentro do meu cora o Am lcar Cabral xi xii Indice de Conte dos O Dre ee vaiade taa maana dk v AM E EAA a EAEI T A E EEE M A EEE BE vii Agradecimentos muii dt ii dd S r na deed ix ndice dese OMG UAOS usadas tontos risa xiii Lista de figuras an na iin Ri SSA S K KS HSS enem n XV Eistarde Tablas NN e e nam nkee xvii Abreviat ras e SIMbOlOS ecuador xix Capitulo tonta tae aa saama het thd deat ihe ST cae oth etre ot Wien aria t 1 A Face tps ed vena baad stance cule O OTE 1 1 1 Considera es i ia sie aa al ee ine i SI Sn nen a ee aa 1 Oloo tho P E A E ads 3 TiS Estrutura de E E E T E E E T 4 Cap tulo Zoo id alta heed eed A Soe etek a ev haat ee deed ae eee 7 Sistemas NibridOS nesir ae AA A AA ie da 7 2 1 Caracte
17. os 6 21 m s propicias para o sistema h brido proposto Com esses dados foram feitas v rias simula es com v rias estrat gias de opera o e diferentes graus de participa es das energias renov veis na total produzida pelo sistema com o intento de encontrar a melhor configura o para o sistema h brido A partir dos resultados das simula es foi feita uma an lise econ mica baseada nos custos de refer ncia dos componentes do sistema produtor e da rede tendo em considera o o car cter insular das ilhas 62 Conclus es e recomenda es O sistema escolhido ap s uma optimiza o dos resultados foi um sistema h brido com um parque e lico de 20 aerogeradores de 600K W totalizando 12MW de pot ncia que correspondem a 14 do total produzido Os grupos de pain is solares totalizaram 450KW utilizando um inversor de 4000KW ligado a uma central diesel com grupos de geradores de SMW de capacidade instalada que perfaz 25MW de pot ncia O sistema apresenta capacidade de fornecer cerca de 196193888K Wh de energia por ano a um custo de 0 28 K Wh com poucos valores de excesso de electricidade e ainda menor de energia em cargas n o alimentadas O custo total de investimento inicial ronda os 41 500 000 com um custo total anual Opera o e manuten o combust vel custo com investimentos e custos de substitui o a rondar os 56 000 000 ano Partindo desses resultados fez se um esquema da rede el ctrica para possibi
18. pain is instalados nas estruturas hoteleiras e vivendas Dado o seu elevado custo em relac o a sua efici ncia n o ser o instaladas grandes quantidades de FV O poder de ger ncia da rede conseguido atrav s da capacidade de controlo do armazenamento de agua na dessalinizac o Isto torna se possivel devido a exist ncia de tanques de armazenamento de agua na ETA nos quais em periodos de escassez de vento e ou de elevado consumo os dessalinizadores reduzem a produ o podendo desligar por um certo per odo do dia 2 3 Conceitos e tecnologias ligados a sistemas hibridos 2 3 Conceitos e tecnologias ligados a sistemas hibridos Hoje em dia a tem tica das Energias renovaveis bastante discutida visto que os pregos dos combustiveis t m atribulado a economia mundial Dado a constante procura de energia principalmente por mercados emergentes como os da China India e do Brasil torna se emergente a procura de alternativas ao petr leo Mas afinal o que s o energias renovaveis Entendem se por energias renovaveis todas as formas de energia cuja taxa de utilizag o inferior a sua taxa de renovac o As suas fontes podem ter origem terrestre energia geot rmica gravitacional energia das mar s e solar energia armazenada na biomassa energia de radiag o solar energia hidr ulica energia t rmica oce nica e energia cin tica do vento e das ondas Tamb m s o consideradas fontes de energia renov vel os res duos agr colas
19. s vari veis poderem variar no mesmo per odo Assim para as simula es as vari veis de sensibilidades escolhidas foram o pre o de combust vel a capacidade de armazenamento a velocidade de vento e a frac o m nima de renov veis Fez se a simula o com o objectivo de analisar o comportamento do sistema quando os valores desses par metros oscilarem Mais concretamente pretenda se saber como que essas tr s vari veis de 52 Analise de sensibilidade do sistema sensibilidades afectavam a capacidade de produg o dos fotovoltaicos e dos geradores diesel e que influ ncias tinham no custo total de investimento no nivel de cargas nao alimentadas e no excesso de electricidade e ainda como que afectam as emiss es do CO Essas an lises foram feitas com base nos gr ficos fornecidos pelo HOMER onde se fixa o valor de uma das vari veis e se variam as outras Assim sendo para a primeira simulac o fixou se a capacidade de armazenamento em 60000 KWh obteve se os valores da figura5 1 figura 5 2 figura 5 3 figura 5 4 figura 5 5 e figura 5 6 Dessa figuras concluiu se que A capacidade de produg o fotovolt ica diminui quando a velocidade de vento aumenta e que para velocidade maior que 5m s n o compensa utilizar fotovoltaico O custo do diesel n o afecta a produg o fotovolt ica apenas aumenta o custo do sistema quando este aumentar e quando o vento diminuir Figura 5 1 A produ o diesel n o afectado pelo ven
20. sistema h brido diesel edlico fotovolt ico como uma solu o cred vel e vi vel para aquele que pretende vir a ser um novo sistema el ctrico da ilha tendo em conta o crescimento que se advinha vir a ter com a implementa o do plano de desenvolvimento tur stico da ilha Prev se que com o desenvolvimento dos empreendimentos tur sticos esperados o consumo de ponta da ilha passa de pouco mais de 1 MW em 2002 para um valor a rondar os 24MW com uma produ o de 3 823 574K Wh ano em 2002 para valores a rondar os 190 000 000K Wh ano representando um acr scimo que justifica a constru o de um SEE inteiramente novo Na defini o das cargas teve se em considera o os consumos dos empreendimentos tur sticos o consumo dos habitantes locais e o consumo el ctrico para produ o de gua atrav s da dessaliniza o Este ltimo dever ser gerido de forma optimizada para que n o implique a necessidade de aumentar a capacidade instalada de produ o sendo que essa gest o ser coadjuvada pela capacidade de armazenamento apresentada pela ETA A escolha de um sistema h brido que integrasse energias solar e lica e diesel estava intimamente relacionada com crit rios de aproveitamento de recursos locais No entanto Boa Vista possui poucos recursos naturais tendo como principais caracter sticas o seu clima que fornece n veis de radia es m dias que rondam os 6 2 KWh m2 d e velocidades de ventos que em termos m dios rondam
21. 13 de pico e da area do painel A pot ncia de pico a maxima pot ncia que o painel consegue debitar em condic es de teste standard hpy 100 Ppy A equag o 5 hpy rendimento do painel Ppy pot ncia de pico do painel kWp Kilowatt pico A rea do painel m2 Dessalinizac o o processo f sico qu mico de retirada de sais da gua Uma das formas de o fazer atrav s da chamada osmose inversa A osmose inversa ocorre atrav s de uma membrana semiperme vel que absorve o sal e componentes nocivos sa de humana e deixa passar apenas a gua limpa Haver naturalmente o fluxo de gua pura para a gua contaminada at que o equil brio osm tico seja atingido A osmose inversa a invers o desse sentido de fluxo mediante aplica o de uma press o maior do que a press o osm tica natural A gua obtida pelo processo de osmose reversa resulta numa gua ultra pura por um processo de comprovada fiabilidade A figura a baixo ilustra um modelo de dessaliniza o atrav s de osmose inversa muito utilizado em regides onde a agua doce escassa ou de dif cil acesso epebjes enby MEMBRANA SEMI IMPERME WEL Figura 2 3 6 Dessalinizag o atrav s de osmose reversa 2 4 Simulac o de sistemas hibridos Para a simulag o de sistemas hibridos s o usadas varias ferramentas que admitem combinag es de tecnologias convencionais e renovaveis de gerag o de energia Das varias ferramentas de simulag
22. KW de 410KWh d at 490KWh d a capacidade de gerador vai aumentar at que volte estabilizar nos 30000KW para cargas superior a 490KWh d O custo de energia diminui exponencialmente at atingir o m nimo de 0 287 KWh com a carga nos 410K Wh d a partir dai volta a subir at aos 0 29 KWh A medida que aumenta a carga no intervalo definido aumenta a necessidade de capacidade de geradores e a emiss o de CO2 diminui a necessidade de fracc o renov veis e o excesso de energia 3 Varia o da capacidade armazenamento da ETA 5000K Wh 130000K Wh Aumentando a capacidade armazenamento da ETA diminui exponencialmente a frac o de carga n o alimentada at 0 00015 para armazenamento a 50KWh mantendo constante nesse valor para os valores superior a 50K Wh 4 Varia o de frac o de energias renov veis 0 25 A partir das 12 aumenta a necessidade de integra o de FV o excesso de electricidade ligeiramente o custo de energia diminui a frac o de cargas n o alimentadas 5 Varia o da velocidade do vento 5m s 8m s Aumentando a velocidade vento at aos 5 5m s diminui a necessidade de energia PV o custo de energia o custo de investimento o custo total anual a frac o de excesso de energia at zero aumentando ligeiramente a partir dos 5m s para os 0 001 e diminui a emiss o de CO2 Conhecido a influ ncia de cada vari vel sensibilidade no sistema fez se uma simula o em que avaliou se a situa o de tr
23. Tabela 3 5 de consumo diario e anual da ilha Residentes locais 96 71 35298 96 Turistico 312 41 114030 40 Dessalinizacao 129 00 47085 00 Sub Total 538 12 196414 36 TOTAL 216055 79 79 3 3 3 1 Pontas m ximas Os valores de ponta nas varias localidades da ilha sem o factor de seguranga referido anteriormente est o representados na Tabela 3 6 Os valores desta tabela somam 37 4MW e s o inferiores ao da tabela devido n o simultaneidade entre as pontas dos consumos locais e a ponta dos consumos turistico No entanto a ponta agregada da carga prim ria 24MW Tabela 3 6 Pontas di rias da ilha de Boa Vista Pontas m ximas MW Varandinha Sta Monica Chave Povoac o Rabil Sal Rei 3 3 4 Caracteristicas t cnicas dos recursos As caracter sticas dos recursos utilizadas na simulag o t m uma import ncia significativa para o sistema dado que influenciam de forma directa o custo total do projecto e a taxa de 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simula o emiss o de CO Deste modo os tr s tipos de recursos energ ticos diesel e lica e fotovolt ico foram analisados individualmente de forma e detalhada A nivel de recurso solar verificou se uma temperatura em m dia entre os 25 C e os 21 C com radia es solares directas de cerca de 7 horas di rias como se pode verificar nas Figura 3 9 e 3 10 que nos d o uma rad
24. a a ii E A i ai 25 3 3 4 Caracter sticas t cnicas dos FECUISOS scccesssecessceesteesssecesseeceeeessueeessaeessanes 26 3 3 5 Caracter sticas t cnicas dos sistemas produtores 0 ssnnnenne 29 xiii 3 3 6 Restri es regras e imposi es 000nneneeeeonnenaeneneaeeaananenaenaenaeee 31 3 4 Estimativa dos custos e dos componentes do sistema 01 msnernenneneennenennennaneneennas 34 1 Enquadramento assis M ea 32 3 4 2 Componentes e custos do sistema produtor 5151n66n6nnnnnnnnnnannnnnn na 32 3 4 3 Componentes e custos das redes MT eBT n6nnennnnnnnnnnnnannannnn na 34 Capitulo da near mm ects TESTAR TT Simula o optimiza o e an lise de resultado anna nn aan naan nn rrnnn nar annan aan 4 1 Configura o b sica do sistema h brido da ilha de Boa Vista ea 4 2 Simula o e an lise de resultado irrita nn cnn cnn naar nn aa nene ana nananana ana annan 4 3 Optimiza o e an lise de resultado mn n aan n naan aa ana a nana ana a a anna ana nnmnnn nn 4 3 1 An lise do resultado ap s optimiza o cwssuuuuuusnn aon 41 4 3 2 Funcionamento do sistema nveneeneeneeennnanaeneeaeean nn ana a eaa aaaaaaaan 42 4 4 Caracteriza o da rede el ctrica de Boa Vista a a n aa na nana naan naan ra
25. a figura 5 11 constatou se que A integrac o de produg o FV apenas vi vel se pre o do diesel subir acima de 1 6 L e se n o houver armazenamento que o pre o de energia elevado superior a 0 5 kWh para o caso de sistemas produtores integrando E lico FV Diesel ser a melhor solug o O armazenamento de agua dessalinizada uma alternativa a integrag o de fotovolt ica Generator 1 Capacity Legend 100 000 S ma 30 000 KW 29 500 29 000 80 000 28 500 28 000 Cl 27 500 27 000 60 0004 9 9 9 S 26 500 gt 0 3 0355 0 5 26 000 lt 25 500 ae 25 000 40 E Superimposed Levelized COE S kWh 6 Fixed Min Ren Fraction 10 1 4 Diesel Price L Figura 5 12 5 3 Simulac o e an lise de sensibilidade 59 Da an lise do grafico da figura 5 12 constatou se que Para armazenamento baixo temos necessidade de 30 MW de pot ncia instalada na central diesel Para armazenamento de 30 MWh que corresponde a 6mil m de gua s temos necessidade de 25 MW de pot ncia instalada na central diesel e que para armazenamento superior a 30 MWh n o tras beneficios Unmet Load Fraction Legend 100 0004 0 0020 0 0018 0 0016 80 00 0 0014 0 0012 0 0010 S 0 0008 A gt 60 0004 lt 0 0006 3 5 0 0004 lt 0 0002 w N 0 0000 ku 0 263 0 287 Superimposed A Levelized COE S kWh 0 264 0 288 526 Fixed 20 000 Min Ren Fraction 10 1 0 1 2 1 4 1 8 2 0 Diesel Price L Figura 5 13 ces
26. actividades relacionadas como lazer e desporto Os valores tipicos de refer ncia foram os dos hot is de 5 estrelas da Madeira de onde se obtiveram os seguintes indicadores de consumo diario Consumo t pico em h teis de 5 estrelas i 50 0 kWh mes guarto 458 390 437 448 Figura 3 3 Consumo mensal t pico em hot is de 5 estrelas da Regi o Aut noma da Madeira fonte AREAM 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simula o 23 m Chave Consumo t pico em h teis de 5 estrelas MWh dia 250 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez 62 64 68 59 63 64 Varandinha Figura 3 4 Diagrama mensal de consumo hoteleiro nas ZDTI Conhecidos os consumos tipicos hoteleiros das regi es turisticas definidas e adicionando os consumos associados s actividades turisticas e ao suporte das infraestruras pode se conhecer os valores tipicos di rios associados populag o turista consumo tipico da populac o turista st 123 45 6 7 8 9 10111213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas Figura 3 5 consumo diario tipico para a populag o turistica 3 3 1 3 Dados do Homer Conhecidos os diagramas di rios dos consumos locais e dos consumos tur sticos foi possivel encontrar valores de consumos di rios na ordem dos 96MWh dia para os l
27. alados Ap s atingir o pico diario a carga volta a baixar at atingir os 17573KW por volta das 16h em que a produg o diesel tamb m vai diminuir uma vez que nessa altura a velocidade do vento continua bastante significativo A partir das 16h a carga volta a aumentar at as subir as 22h voltando a descer a partir dai at ao minimo nesse periodo das 16h as 22h a produg o diesel aumenta com a carga chegando mesmo ao pico com 24330KW de produc o visto que a partir das 18h30 a velocidade do vento volta a diminuir at os seu valores minimos e j n o ha produg o fotovolt ica Durante esse periodo de 24h foi possivel alimentar toda a carga com apenas algum excesso de electricidade entra as 8h e as 16h 44 Simula o optimiza o e an lise de resultado 30 000 AC Primary Load PV Power Parque eolico Generator 1 Power Defer Served Excess Electricity Unmet Load 25 0007 Inverter Power 20 0007 15 0007 Power kW 10 0004 5 0007 5 000 0 12 January 4 Figura 4 4 Interac o da rede no dia 4 Janeiro 4 3 2 2 Interac o mensal da rede Da interpreta o do gr fico da figura 4 5 conclui se que a carga prim ria ir oscilar muitas vezes ao longo do dia ao longo das semanas e ao longo dos meses conforme as necessidades do consumo da rede mas nunca chegam a atingir o valor de pico m ximo estipulado verificar e que apenas em algumas alturas do ano em alguns mese
28. ando as restric es Os crit rios que normalmente se pretende satisfazer em SHE est o aliados ao crit rio econ mico ao crit rio de fiabilidade e aos crit rios ambientais onde para cada crit rio est o definidas restric es e requisitos t cnicos Seguindo todas estas fases e conhecendo o custo de cada equipamento a ltima fase ser a de optimizac o dos dados e an lise das vari veis de sensibilidade para finalmente decidir qual a melhor configurag o h brida para o sistema 3 1 A realidade Caboverdiana 17 Capitulo 3 Caracterizacao do caso em estudo 3 1 A realidade Caboverdiana Apesar de at ha poucos anos toda a demanda energ tica de Cabo Verde se saciar na produ o de energia el ctrica baseada em combust veis fosseis nos dias que decorrem tornou se imperativa a concep o da ideia de uma nova pol tica energ tica que conota um crescimento que s se suporta atrav s do maior consumo de energia Tal s obtido seguindo um novo paradigma de desenvolvimento sustent vel em que o crescimento econ mico feito assegurando um desenvolvimento social e respeitando o ambiente Nessas vertentes a energia desempenha um papel essencial tendo em conta que Cabo Verde n o possui petr leo nem recursos minerais preciosos que lhe possa servir de moeda de troca encontrando se muito vulner vel aos constantes acr scimos do pre o do petr leo E desta feita que a nova pol tica energ tica pretende encontrar solu
29. aportar dois valores distintos consumos totais com dessaliniza o e consumos totais sem dessaliniza o permitindo obter uma analise comparativa e calcular o impacto dos mesmos na rede 3 3 1 Consumo energ tico das cargas prim rias 3 3 1 1 Consumos da popula o local A avalia o dos consumos da popula o local foi efectuada em forma de diagramas de consumos t picos observados para os consumos actuais e no valor esperado de consumo por habitante Em 2005 o consumo era de aproximadamente de 1 23 kWh dia por habitante sem dessaliniza o sendo a ponta maxima para toda a ilha 0 692MW e o consumo total de 1850 21 22 Caracterizac o do caso em estudo MWh ano Supondo uma progressiva aproximag o dos valores de consumo t picos europeus sera considerado um aumento do consumo tipico para 2 0 kWh dia por habitante Diagrama diario de consumo tipico de habitantes locais 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora Figura 3 2 Diagrama de consumos t pico de residentes locais n o incluindo dessaliniza o 3 3 1 2 Consumos da populag o turistica O c lculo da estimag o do consumo turistico a utilizar na simulag o foi baseado no n mero estimado de populag o turistica atrav s de uma taxa de ocupag o de quartos para cada uma das ZDTI tendo em conta a capacidade das infra estruturas hoteleiras planeadas e os indices de consumo tipicos turisticos para as varias
30. as da ilha Central Sal Central Povoac o Linha MT ZDTI Centros Zonas hab Figura 4 6 Sistema El ctrico de Energia da Boavista 47 48 5 1 Caracterizac o 49 Capitulo5 Analise de sensibilidade do sistema 5 1 Caracterizac o Com o objectivo de encontrar o melhor resultado que d se resposta ao sistema hibrido da ilha de Boa vista foram analisadas varias configurac es at que se encontrou uma solug o considerada ptima Da an lise dessa configura o foi poss vel encontrar valores que permitiram esbogar um esquema do SEE e perceber como que os intervenientes desse sistema se interagiam Esses dados encontrados foram com base nos valores m dios dos recursos nos valores fixos estimados de consumos e de produg o e com base em algumas restrig es por exemplo 6 21m s de velocidade media de vento 6 20K Wh m2 d de radiac o solar media um m nimo de 10 de renov veis e 60000K Wh de armazenamento de gua Contudo essas s o estimativas e valores medio e portanto podem ou n o em termos praticos corresponder a valores reais e isso poderia ter grandes implicac es no sistema uma vez que se o sistema for sub dimensionado o seu funcionamento ser afectado negativamente diminuindo a fiabilidade e a qualidade do fornecimento de energia el ctrica e aumenta o n mero de interrupg es por outro lado o sobre dimensionamento do sistema implica em maiores gastos de investimento que podem levar a
31. bre a efici ncia e o ambiente apresentando um retorno de investimento a m dio e longo prazo Verificou se ainda que o cen rio de produ o Diesel E lico bastante promissor pois permite uma diminui o de NPC cerca de 3 3 milh es de por ano para um investimento adicional de 12 6 milh es de a amortizar durante 20 anos O cen rio com FV n o traz grandes benef cios tendo em conta que os custos deste tipo de equipamento s o bastante elevados No entanto para o cen rio considerado e se tivermos em conta que os investimentos nestes equipamentos poder o ficar a cargo dos empreendedores tur sticos verifica se uma pequena diminui o nos custos anuais Adicionalmente com esta solu o ter se uma mais valia ambiental para o projecto 63 Refer ncias BARLEY C D WINN C B Optimal dispatch strategy in remote hybrid power systems Solar Energy Vol 58 1996 BLASQUES L C M Estudo de viabilidade t cnico econ mico de sistemas h bridos para gera o de electricidade Disserta o de Mestrado Programa de P s Gradua o em Engenharia El ctrica Universidade Federal do Par 2005 BURTON T SHARPE D JENKINS N BOSSANYI Wind energy handbook John Wiley amp Sons Ltd 2001 CELIK A N The system performance of autonomous photovoltaic wind hybrid energy systems using synthetically generated weather data COLLARES M P Energias renov veis a op o inadi vel contribui o para a de
32. bridos de energia ZDTI Zonas de desenvolvimento turistico integrado xix XX 1 1 Considerac es 1 Capitulo 1 Introducao Duas das condicionantes do aprovisionamento da energia prim ria sao a ultraperiferia e a insularidade Estes factores limitam e impedem o acesso as grandes redes energ ticas tornando os sistemas energ ticos muito dependentes do petr leo e muito vulner veis a volatilidade dos pregos dos mercados prim rios Em ambientes insulares como a ilha de Boa Vista em Cabo Verde os m todos convencionais de produc o de energias podem representar s rios riscos custos de produ o inadmissiveis e uma enorme depend ncia do exterior 1 1 Considerac es Hoje em dia Boa Vista encontra se entre os mais procurados destinos tur sticos pelos europeus apresenta belas e extensas praias de areia branca sol durante todo o ano uma boa localizac o geogr fica e condic es propicias a relaxamento lazer e desportos n uticos Devido as caracter sticas meteorol gicas excelentes esta ilha apresenta niveis de irradiac o global com aproveitamento m dio anual de 5 72 KWh m dia e uma velocidade m dia anual de vento de 6 21 m s Para al m destas vertentes a ilha comega a evidenciar um panorama de crescimento tanto no campo econ mico financeiro com elevado investimento a nivel de infraestruturas tur sticas e de saneamento b sico como no campo social em que os trabalhadores qualificados s o atra dos por tais investim
33. cropower optimization model Getting started guide for HOMER version2 1 Office Office of Energy Efficiency and Renewable Energy by Midwest Research Institute Battelle OLIVEIRA LU S F G Projecto ES engenharia efici ncia energ tica e energias end genas Porto s n 2003 Est gio realizado no INESC Porto e na Ohme Gabinete de Engenharia Electrot cnica Lda Relat rio de Est gio PRODEP III Relat rio do Est gio Curricular da LEEC 2002 2003 OTTINGER RICARC L Compendium of sustainable energy laws Cambridge University Press 2005 IUCN Academy of Environmental Law Research Studies POLONI O Rodrigo A Proyecto energia e lica energias alternativas BuenosAires Argentina Monografias 2007 PATEL MUKUND R 1942 Wind and solar power systems design analysis and operation 2nd ed Boca Raton etc Taylor amp Francis cop 2006 Solar Energy International Photovoltaic s design and installation Manual Gabriola Island CA New Society Publishers 2004 Wind Energy Conversion Systems New York Prentice Hall 1989 65 Paginas web URLI http www sendeco2 com pt php URL2 http www freemeteo com E RL3 http www eco edp pt URL4 http www meteo cv URLS http energiasrenovaveis wordpress com 2007 07 27 cabo verde usa energia solar para abastecer agua no meio rural URL6 http www hsosmosereversa com br osmosereversa html URL7 http www
34. de interrup es McGowan e Manwell 1999 Wichert 1997 Estes sistemas representam combinag es de diversas formas de gerar e armazenar energia e podem funcionar independentes ou conexos a rede Combinando diversas fontes e considerando as caracter sticas espec ficas de cada uma delas e o perfil do consumo tais sistemas buscam optimizar 0 uso energ tico A capacidade destes sistemas possibilita o atendimento a elevadas demandas variando de poucos quilowatts at varios megawatts e OUTRAS FONTES DE ENERGIA RETIFICADOR INVERSOR N EN N lt ELZA GRUPO GERADOR A DIESEL Na RR SZ MANA IHVERSOR BIDIRECIOHAL BARRAMEHTO CA BARRAMEHTO CC CARGAS CA Figura 2 1 Basico geral de sistemas h bridos E lico diesel fotovolt ico 8 Sistemas hibridos 2 2 Sistema hibrido para a ilha da Boa Vista Para o sistema em estudo o h brido adequa na perfeic o s necessidades energ ticas Trata se de uma ilha que devido ao seu car cter insular apresenta graves problemas de escassez de gua pot vel Tal problem tica leva a que a dessalinizac o da gua do mar seja uma das poucas vias para suprir essa car ncia sabendo que a ilha est a centrar todo o seu projecto de desenvolvimento no turismo de alta qualidade Uma ilha que apesar dessas dificuldades possui recursos energ ticos naturais tais como o sol e o vento a uma escala mais do que suficiente para um bom aproveitame
35. de sensibilidade do sistema Unmet Load Fraction Legend 0 000240 0 000224 0 000208 0 000192 0 000176 0 000160 0 000144 0 000128 0 000112 0 000096 0 000080 Superimposed Levelized COE S kWh Wind Speed m s in Fixed 5 5 ETA Storage 60 000 kWh 5 0 1 2 1 6 2 0 2 4 Diesel Price L Figura 5 4 A Figura 5 4 mostra que para valores de vento entre 5m s e 6m s haver fracg es de cargas n o alimentadas que oscila entre 0 000176 K Wh e 0 000224 K Wh Mas a partir de 6m s de vento essa fracc o vai diminuindo atingindo o nulo com vento maior que 7 6 m s Em relag o ao aumento do prego combust vel vai aumentar a fracc es de cargas n o alimentadas se n o tiver vento suficiente Excess Electricity Fraction Legend 0 0250 0 0225 0 0200 0 0175 0 0150 0 0125 0 0100 0 0075 0 0050 0 0025 0 0000 Superimposed Levelized COE S kWh Wind Speed m s 6 0 00 Fixed Ki ETA Storage 60 000 kWh 5 0 12 16 2 0 24 Diesel Price L Figura 5 5 5 3 Simulag o e an lise de sensibilidade 55 A fracg o de excesso de electricidade tem um comportamento id ntico ao custo total de investimento diminuindo quando a velocidade de vento aumenta e que para velocidade maior que 5m s a fracg o de excesso de combustivel chega mesmo a zero Em relag o ao custo do diesel quando o custo m nimo e vento tamb m m nimo maior frac o de excesso de electricidade que s diminui com o aum
36. ecto A ltima fase por m n o menos importante foi a an lise de sensibilidade na qual foram definidas as vari veis de sensibilidades que representam os par metros do sistema nos quais os valores podem oscilar por v rios motivos e Imposi o do projectista como por exemplo a capacidade de armazenamento e Raz es climat ricas como a velocidade do vento e a radia o solar e Conjuntura do mercado mundo como por exemplo o custo do diesel Tais oscila es poderiam ser determinantes no tra o el ctrico em estudo afectando tanto o seu custo como a efici ncia A utiliza o de toda esta metodologia teve como principal objectivo fazer um estudo o mais pormenorizado poss vel com o qual se pudesse obter as melhores solu es para um sistema energ tico que satisfa a tanto t cnica como economicamente as v rias exig ncias de uma ilha como a de Boa Vista em Cabo Verde que se encontra numa fase de grande expans o e de crescimento aos n veis tur stico e socio econ mico 2 1 Caracterizac o e enquadramento 7 Capitulo 2 Sistemas hibridos 2 1 Caracterizac o e enguadramento Define se como um Sistema Hibrido de Energia aguele gue utiliza mais de uma fonte prim ria de energia dependendo da disponibilidade dos recursos para gerar e distribuir energia electrica de forma optimizada e com custos minimos dada a capacidade de uma fonte suprir a falta temporaria de outra permitindo assim que os mesmos operem com o minimo
37. end genos O seu principal objectivo atrav s da utiliza o de um software Homer e a partir de v rios dados relacionados com os componentes dos sistemas de recursos energ ticos e estimativa de uma nova demanda fazer v rias simula es at encontrar a melhor solu o a n vel de efici ncia e de custo na implementa o de um sistema energ tico que possibilite a diminui o da depend ncia de petr leo na produ o diesel De forma a cumprir estes requisitos foram definidas v rias metas que consistiam em e Avaliar e verificar qual a melhor combina o dos recursos partindo de diesel e energias e lica e fotovolt ica e Garantir a sustentabilidade do sistema el ctrico da ilha e Encontrar a frac o ptima de pot ncia instalada de cada um desses recursos e Fazer um estudo de sensibilidade com o intuito de verificar quais as implica es no sistema alterando algumas das vari veis e Encontrar elementos que possam oscilar afectando o desempenho ou custo do sistema 4 Introduc o e Analisar o modo como as oscila es das vari veis de sensibilidades definidas afectam todo o sistema e Avaliar os custos inerentes aos investimentos e manuten o do sistema 1 3 Estrutura da tese Para melhor estruturar a disserta o agrupou se o estudo desenvolvido em 4 grandes fases com especial incid ncia para a fase de simula o Assim numa primeira fase pretendeu se dar a conhecer de uma forma geral mas f
38. ento do custo do diesel acompanhado de aumento de vento como se v na Figura 5 5 A figura 5 6 mostra que os n veis de emiss o de CO diminuem com o aumento do vento onde o custo de electricidade s mais caro se o combust vel tamb m o for Figura 5 6 C02 Emissions y N 132 000 000 ka yr 129 600 000 127 200 000 124 800 000 122 400 000 120 000 000 117 600 000 115 200 000 112 800 000 110 400 000 108 000 000 Superimposed Levelized COE kWh Wind Speed m s un D gt Fixed 5 5 ETA Storage 60 000 kWh 5 0 1 2 16 2 0 24 Diesel Price L Figura 5 6 56 Analise de sensibilidade do sistema Simulou se tamb m uma situac o em que a capacidade de armazenamento metade do valor estimado cerca de 30000K Wh d com a velocidade do vento e o custo de diesel a variar Concluiu se que a capacidade de produg o fotovolt ica sobre apenas pequenas alterac es em relac o a configurac o media de armazenamento de agua e que o sistema dispensa o uso de produg o fotovolt ica a partir dos 4 9m s e o custo de electricidade continua a aumentar na mesma proporc o PV Array Capacity Legend 3 000 kw 2 700 2 400 2 100 1 800 1 500 7 0 gt 1 200 E 900 65 600 a 300 E o kuu uperimposed Levelized COE S kWh Fixed A ETA Storage 30 000 kWh 5 0 1 2 1 6 2 0 24 Diesel Price L Figura 5 7 Quanto a fracc o de carga n o alimentada continua a oscila
39. entos e oportunidades de melhor qualidade de vida Todas estas caracter sticas para al m de fazerem da Boa Vista uma ilha com elevado potencial tur stico tornam na uma fonte inesgot vel de energias renov veis O presente estudo proporcionou me uma motivag o extra tendo em conta que foi uma excelente oportunidade de por em pr tica a aprendizagem adquirida ao longo do curso numa rea que sempre despertou me curiosidade A oportunidade de estudar investigar e contribuir na procura de alternativas eficazes e eficientes relativas poupanga e produg o de energia foi 2 Introduc o algo que sempre me cativou Associando esta oportunidade ao facto do projecto ter como objecto de estudo a ilha de Boa Vista em Cabo Verde foi a concretizag o de um sonho As figuras que se seguem correspondem ao mapa de localiza o de Cabo verde e ao mapa geogr fico da ilha de Boa Vista identificando os centros habitacionais e as principais praias r OCEANO ATL NTICO FRICA Com intuito de aproveitar as potencialidades turisticas desta ilha o estado de Cabo Verde criou a Sociedade Desenvolvimento Turistico da Ilha de Boa Vista e Maio cujo objectivo amp 1 2 Objectivo 3 criar e implementar um plano de desenvolvimento tur stico definindo zonas de explorac o tur sticas e crescimento relacionado de forma a prever e controlar o progresso da ilha O plano consiste em criar ou melhorar infraestruras b sicas nomeadamente um nov
40. es ptimas no que toca ao aproveitamento de energias renov veis e dos recursos naturais do arquip lago que devido sua localiza o geogr fica possui excelentes condi es para o aproveitamento da energia do Sol e do vento de salientar que at finais de 2005 apenas uma pequena fatia 3 de toda a pot ncia instalada correspondia a energias renov veis fornecida por 4 parques e licos como se constata nos dados do relat rio de conta de 2005 da Electra traduzidos na tabela e no gr fico seguintes 18 Caracterizac o do caso em estudo Produc o de energia electrica em 2005 Cabo Verde m Diesel E E lica m Temica 39 1 Figura3 1 Gr fico do sistema produtor el ctrica em 2005 Cabo Verde Tabela 3 1 Dados do relat rio de cotas de 2005 da Electra Ilha Concelho Diesel E lica Sto Ant o 2 S Vicente 2 1 S Nicolau Sal Boavista 2 Maio raa 2 Sta Catarina 2 Calheta 1 Tama 10 Sa Cruz 1 Santiago 7 S Filipe 2 Mosteiro 1 Fogo BE EEE mn 17 Total Electra 4 j H m apo m 3 2 A Ilha da Boa Vista 19 3 2 A Ilha da Boa Vista 3 2 1 Geograf a e recursos Localizado em pleno oceano Atl ntico com as coordenadas geogr ficas 15 58 N e 16 13 N 22 40 W e 22 58 W no prolongamento da denominada Faixa Subsariana que se estende por toda a frica setentrional o arquip lag
41. fini o de uma pol tica energ tica nacional Lisboa Sociedade Portuguesa de Energia Solar 1998 COSTA DANIEL F F Estudo da viabilidade econ mica da instalac o de um sistema produtor solar fotovoltaico na FEUP Porto s n 2004 Est gio realizado no INESC Porto Relat rio de Est gio PRODEP III Relat rio do Est gio Curricular da LEEC 2003 2004 COSTA PAULO JORGE CAMPOS Optimiza o da produ o de energia em sistemas e licos uma contribuig o baseada na integrac o dos diversos sub sistemas Porto s n 2005 Bibliografia p 153 160 Tese de doutoramento Engenharia Electrot cnica e de Computadores Faculdade de Engenharia Universidade do Porto 2005 EUREC Agency The future for renewable energy prospects and directions London James amp James cop 2002 ELHADIDY M A Parametric study of hybrid wind solar diesel power generating systems 64 Refer ncias FOX BRENDAN Wind power integration connection and system operational aspects London The Institution of Engineering and Technology Cop 2007 LEITAO JOAO L CORREIA Projecto de electrificag o rural com produg o renov vel hibrida Porto s n 2005 Relat rio de estagio PRODEP III Estagio realizado no INESC Porto Relat rio de est gio curricular da LEEC 2003 2004 MESSENGER ROGER A Photovoltaic systems engineering 2nd ed Boca Raton etc CRC Press cop 2004 NREL National Renewable energy laboratory HOMER The Mi
42. gest o do Optimizac o Estrat gias de operac o armazenamento diesel M ltiplas Custos de operac o configura es do SH pisode vida guras Crit rios econ micos i i Criterios de fiabilidade Criterios ambientais Restri es e requisitos Custos de 20 n t cnicas econ micas fiabilidade e ambientais Selec o do sistema Figura 2 3 8 Modelo de optimiza o de um sistema h brido 16 Da interpretac o do esquema da Figura 2 3 8 podemos verificar que os varios crit rios fases e restri es s o considerados na procura de uma solu o ptima que possa satisfazer a demanda em estudo Assim na optimizag o de um sistema h brido de energia fases como a simula o de carga e simula o de recursos energ ticos intermitente s o essenciais na modelac o de produg o renov vel e na modelag o de gest o do consumo respectivamente Por outras palavras a definig o de recursos energ ticos a utilizar e o conhecimento da carga a alimentar s o fundamentais na determina o de configura o do SH e na defini o de estrat gias de operag o e explorac o do sistema Quando usada a estrat gia de operag o pretende se usufruir das ferramentas que permitam a gest o do sistema como por exemplo a capacidade de armazenamento e o controlo sobre a produg o diesel provendo o sistema de instrumentos de controlo em todas a fases satisfazendo os crit rios e respeit
43. ia o m dia di ria de 5 72K Wh m d Global Solar Radiation Profile 0 8 0 8 0 8 0 8 m 0 4 0 4 0 4 0 4 0 0 0 0 0 0 r 0 0 o n N Global Solar Radiation kW o o D 00 b oc o o o he o 1824006 14210724 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 0 8 je AN 0 E 0 0 O 6 2 18 A 0 6 12 8 AM 0 8 0 4 J i 0 0 0 0 0 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 Hour Figura 3 9 Radiag o solar global Solar Resource 8 1 0 v E 0 8 D os n 54 kd 0 4 E E O 02 T a 0 0 s Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Daily Radiation Clearness Index Figura 3 10 Curva de radia o solar ao longo do ano Observando as duas figuras acima constatou se que os meses de maior radia o foram R N es is 2 A Fevereiro Marco e Abril com radia es de 7 00 7 50 e 7 08 KW m d respectivamente e que o per odo di rio de maior incid ncia situava se entre as 8 e as 15horas representando excelentes valores no que diz respeito a aproveitamento solar Como se pode conferir nas Figuras 3 11 e 3 12 a velocidade m dia anual do vento ronda os 6 2m s 28 Caracterizac o do caso em estudo Wind Speed Profile Wind Speed m s 0 6 12 18 24 Figura 3 11 Distribuig o mensal da velocidade media do vento Wind Resource Oa CD 2 Wind S
44. l cio Quando as c lulas s o expostas a uma fonte de luz neste caso o Sol os fot es part culas de luz excitam os electr es do semicondutor Com a energia absorvida dos fot es os electr es passam para a banda de condu o do tomo e criam corrente el ctrica As c lulas s o depois agrupadas para formar os pain is solares 12 Sistemas hibridos Instalag o Modulo C lula a 0019 0079 0009 Buga 0009 mT N EEE Bass KOJA Ka JAAK HAAS INN I III Aa Figura 2 3 4 C lula Modulo e Gerador fotovoltaico A Pot ncia fornecida pelo Painel FV dado por Ppv fpv ypv 1 15 equag o 4 Em que fpy factor de perdas Ypy capacidade do painel 1 Incid ncia global de radia o solar I 1 kW m Onde 1 W de PV corresponde 800 a 2000 Wh ano Os pain is s o utilizados muitas vezes em fachadas de edif cios conciliando o est tico com a efici ncia Por m na maioria dos pain is actuais utilizado um dispositivo de controlo que gira o painel orientando o conforme a localiza o do sol de modo a obter um maior aproveitamento di rio Figura 2 3 5 Exemplo de aplica o em edificio O rendimento do painel depende da radia o solar directa incidente durante o dia da temperatura da tens o e da sujidade do painel O valor nominal do rendimento fornecido pelos fabricantes Caso n o seja fornecido directamente pode ser deduzido a partir da pot ncia 2 4 Simulag o de sistemas hibridos
45. lismos do software e feitas as an lises t cnico econ micas dos sistemas produtores estaria apto a tra ar o esbo o do sistema fazer a sua an lise e a simula o para que no final se pudesse fazer o tra ado do sistema el ctrico da ilha 4 1 Configura o b sica do sistema h brido da ilha de Boa Vista Para a configura o do sistema el ctrico da ilha foram feitas algumas considera es de forma a facilitar a simula o e tornar o sistema menos complexo nomadamente em rela o s cargas aos sistemas de produ o e aos condicionalismos do sistema h brido Relativamente s cargas teve se em considera o o facto de que todos os consumos da ilha encontram se concentrados em dois tipos de cargas a carga prim ria onde se concentram todos os consumos exceptuando o consumo da dessaliniza o e a carga defer vel relativa ao consumo da dessaliniza o de gua 37 38 Simula o optimiza o e an lise de resultado Relativamente aos sistemas de produ o foram considerados apenas uma central de produ o diesel e um parque e lico ao inv s do que se projectou para a ilha j que apesar de no projecto se planear duas centrais diesel e dois parques e licos na simula o considerou se que esses grupos teriam as mesmas caracter sticas e estariam interligadas logo seriam simulados como se fossem um nico grupo diesel e um parque e lico com pot ncias acumuladas Quanto aos pain is solares foi utilizado um
46. litar ter uma no o b sica das localiza es dos grupos de produ o e das cargas de forma a se dimensionar a rede MT Considerando as dist ncias entre a localiza o dos parques a central Diesel e as dist ncias entre esta e os pontos de consumo optou se por uma rede de transporte em MT de 30 kV Foram apresentados os poss veis tra ados investimentos e custos para esta rede de 30 kV e os investimentos e custos para a rede de baixa tens o Um estudo de sensibilidade dos resultados veio complementar o trabalho uma vez que forneceu informa es teis com a inten o de verificar a reac o do sistema altera o de alguns dos par metros tais como a velocidade do vento o custo do combust vel e a capacidade de armazenamento No final do estudo efectuado foi poss vel concluir que os resultados apresentados neste trabalho mostraram que n o existe uma melhor configura o e estrat gia gen rica para sistemas h bridos e sim configura es que se adaptam melhor a determinadas condi es de oferta e demanda de energia nas quais o uso de componentes renov veis uma mais valia para o sistema el ctrico da ilha pois vai ajudar na poupan a do custo do combust vel Mesmo numa altura em que os pre os se encontram num patamar elevado o aumento da capacidade de gera o das fontes renov veis independentemente de acarretar elevados custos de investimentos mostra ser economicamente mais atractiva se se avaliar o seu impacto so
47. liza o dos dados para a simula o teve se em considera o n o s a evolu o a n vel da produ o do consumo energ tico e das suas localiza es como tamb m todos os aspectos relacionados com o aumento demogr fico consequ ncia do novo plano de explora o tur stico da ilha Deste modo identificou se dois grupos de consumidores espec ficos a popula o tur stica e a popula o local permanente ou n o turistas Os dois grupos ter o um aumento muito significativo e os seus consumos associados ter o um grande impacto no novo tra ado energ tico Os consumos associados considerados mais importantes foram os consumos das cargas ligados ao porto ao aeroporto aos dessalinizadores s ETAR s s vias de transporte e ilumina o p blica sem esquecer todos os empreendimentos tur sticos ligados aos hot is vivendas e resorts 20 Caracterizac o do caso em estudo A dessalinizac o da agua constitui uma das cargas essenciais do estudo n o s pela sua import ncia a n vel de fornecimento de gua pot vel amenizando o problema de escassez de agua limpa bebivel mas tamb m pela sua import ncia no que diz respeito a gest o de todo o sistema SE atrav s da sua capacidade de armazenamento de agua permitindo ter um controlo sobre as cargas Aqui foram considerados dois grupos de consumidores a populag o turistica e a populag o n o tur stica ou local Tamb m foram distribu dos os consumos e a produ o energ
48. m o objectivo de abarcar o m ximo de possibilidades poss veis de altera es no sistema O crit rio de escolha das vari veis baseou se na actual conjuntura do mercado internacional na possibilidade de alterac es clim ticas e na possibilidade de variag o das cargas Definiu se 6 vari veis de sensibilidades que podem afectar a rede e 1 Pre o de combust vel e 2 Cargas prim rias e 3 Capacidade armazenamento da ETA e 4 Frac o de energias renov veis e 5 Velocidade do vento Para o pre o de combust vel considerou se que podia variar seis valores entre 0 9 e 2 a carga podia tomar 5 valores entre 20 e 20 a capacidade de armazenamento podia tomar valores entre 5000KWh e 130000K Wh a frac o de renov veis podia ser de 0 a 25 a velocidade de vento podia varia entre 5m s e 8m s enquanto a radia o solar podia variar entre os 5K W m2 d e os 8K W m2 d de valores m dios 5 3 Simulac o e an lise de sensibilidade 51 5 3 Simulac o e an lise de sensibilidade Numa primeira simulag o analisou se a influencia de cada vari vel de sensibilidade no sistema dentro dos limites referidos onde constatou se que 1 Variac o de custo de combustivel 0 90 2 00 Aumentando o custo do combust vel aumenta o custo de energia KWh o NPC os custos totais anuais 2 Varia o das cargas prim rias 305K Wh d 509K Wh d At 410KWh d a capacidade de geradores necess rio de 25000
49. nde a mais pequena poss vel Como se pode prever toda a rede el ctrica da ilha ir sofrer expressivas altera es nomeadamente um aumento da carga que levar a um aumento da produ o e consequentemente uma expans o significante da rede Assim a nova estrutura do SE em estudo ter um sistema produtor constitu do por duas centrais diesel dois parques e licos e por v rios pain is fotovoltaicos instalados nos v rios empreendimentos tur sticos O SE ter ainda uma rede de m dia tens o de 30 KV que assegurar a interliga o entre os parques e licos e a central Diesel e entre esta e as ZDTI uma rede de baixa tens o assegurar a alimenta o das cargas nas ZDTI Os custos apresentados nesta sec o estariam em fun o dos valores de refer ncia de cada componente dos sistemas produtores e das redes onde se apresenta os custos totais ligados aos investimentos substitui o manuten o e opera o 3 4 2 Componentes e custos do sistema produtor Geradores Diesel As centrais a Diesel de Sal Rei e Povoa o Velha ir o assegurar a alimenta o de grande parte da rede sendo constitu das por grupos geradores diesel de 5MW de modo a garantir a satisfa o do valor de consumo de ponta e pelo menos mais um grupo para reserva est tica no caso de sa da de servi o por avaria ou manuten o A op o por este escal o de pot ncia serviu para garantir uma flexibilidade suficiente na gest o da produ o do sistema ao
50. nico modelo tanto na simula o como no projecto em que a produ o obtida na simula o a soma de todos os pain is estimados para o sistema Em rela o aos condicionalismos para essa configura o b sica imp s se 10 de frac o minima de energias renov veis em que dessa frac o 20 seria fotovolt ico e 80 seria e lica e ainda 5 seria de capacidade anual de escassez de energia com um custo de 0 5 KWh Ap s serem feitas essas considera es na configura o foi poss vel esbo ar o esquema do sistema em causa como se pode verificar na Figura 4 1 E quipment to consider Add Remove Primary Load 408 Mwh d Parque_eolico 29 MW peak 2l ETA 128 Mw h d 15 MW peak Generator 1 Converter Figura 4 1 Configurag o b sica por HOMER 4 2 Simulag o e an lise de resultado 39 4 2 Simulac o e an lise de resultado Conhecido o esquema da rede e implementadas as considerag es nas configurag es passou se simula o propriamente dita Nesta fase os resultados apresentados s o combina es das v rias configura es h bridas poss veis A Figura 4 2 demonstra esses resultados que foram posteriormente analisados Pode se ainda constatar que os resultados s o ordenados de forma crescente de acordo com o NPC e todos restantes par metros econ micos s o calculados com o prop sito de encontrar o NPC O NPC calculado segundo a equa o seguinte Eu as un I CREU B
51. nto e convers o em energia el ctrica E perante esse cen rio que o presente projecto estudou a possibilidade de implementac o de um sistema produg o energ tico Diesel E lico Fotovolt ico Esse sistema de produg o teve como encargo alimentar toda a carga produzida pelo SE da ilha de Boa Vista A carga relacionada com consumo energ tico para a dessalinizac o foi considerada como carga defer vel ou seja capaz de ser orientada conforme as necessidades do sistema As outras cargas foram definidas como cargas prim rias e est o ligados a consumos utilizados para a alimentag o das infraestruturas tur sticas e infraestruturas de base como o porto o aeroporto e o saneamento O componente e lico do sistema tem um car cter preponderante no que toca a poupanga de combust vel e redu o de emiss es de CO uma vez que para um sistema energ tico de produ o essencialmente a diesel o custo do petr leo e as emiss es do CO s o os principais obst culos para a sua utilizac o No entanto se ignorado o aspecto ambiental revela ser uma alternativa economicamente aceit vel considerando que a energia e lica ir amenizar esse consumo de combustivel com uma produg o baixa mas muito til suficiente para permitir que os parques estejam em funcionamento constantes Este sistema completamente distribu do no qual a pequena capacidade das FV ajudam a poupar combust vel na hora de ponta com pequenas produg es el ctricas atrav s de
52. o aeroporto uma nova estrutura portu ria estag o de tratamento de gua e para tratamento de efluentes e res duos s lidos bem como melhorar estruturas ligados sa de s escolas e a centros de lazer Pretende tamb m criar grandes empreendimentos tur sticos como hot is resorts e vivendas Um dos grandes desafios foi assegurar o aprovisionamento de gua pot vel uma vez que a ilha n o possui fontes de gua natural A dessaliniza o da gua do mar mostrou ser a melhor alternativa a esta problem tica Devido sua envergadura o Programa de Desenvolvimento Tur stico ir abalar com toda a estrutura el ctrica da ilha uma vez que o consumo ir atingir valores elevad ssimos comparados com os valores actuais Cargas com elevado consumo em particular a carga necess ria na dessaliniza o e os grandes consumos hoteleiros fizeram com que se tornasse imperativo a cria o de um plano de expans o el ctrico para a ilha Este plano consiste no aproveitamento de todo o potencial energ tico da ilha nomeadamente as energias solar e e lica Deste modo satisfazer se ia o novo paradigma de desenvolvimento sustentado que conjuga o desenvolvimento econ mico com o desenvolvimento social adicionando uma forte componente ambiental 1 2 Objectivo Foi em torno deste plano que se prop s um estudo de produ o energ tica h brida que integre produ o diesel e lica e fotovolt ico promovendo o aproveitamento de recursos el ctricos
53. o de Cabo Verde influenciado pelo comportamento da frente inter tropical o que Ihe confere um clima tropical seco com duas estac es a estac o seca Novembro a Junho e a estac o h mida Julho a Outubro nesta ltima que ocorrem precipitag es irregulares e pontuais De todas as ilhas do arquip lago Boa Vista a menos populosa e a terceira maior com uma superf cie de 620 km2 a ilha que se situa mais a leste fazendo dela a mais pr xima do continente africano Devido a tais caracter sticas sofre a influ ncia constante dos ventos secos da zona Saheliana alarmando o problema da desertifica o e da eros o caracterizada pelos longos per odos de seca No entanto estas condicionantes permitem a exist ncias de rajadas de vento mais ou menos regulares durante todo o ano com velocidades m dias entre os 5m s e os 7m s e ainda radiac o solar directa que em termos m dios de cerca de 7 horas di rias associando isso ao facto de que as temperaturas m dias di rias do ar oscilam entre os 21 C e os 25 C Todas estas mais valias permitem que se considere excelentes para a produ o de energias renov veis necess rias na integra o de um sistema h brido combinado ligado rede 3 2 2 Considera es Gerais A previs o de implementa o do projecto para um per odo de 20 anos teve em aten o a evolu o gradual do consumo tendo em conta a dimens o das infraestruturas e a capacidade econ mica do pa s Na uti
54. o escudo caboverdiano e O actual prego de combust vel no mercado 3 3 5 Caracter sticas t cnicas dos sistemas produtores Para um sistema produtor h que haver capacidade suficiente para alimentar a demanda energ tica durante v rios anos Por isso existe a preocupa o de utilizar componentes fi veis que garantam uma boa performance constante Deste modo e considerando os recursos energ ticos p de se escolher aerogeradores pain is FV e geradores diesel que dessem melhores garantias de qualidade Esses sistemas produtores est o agrupados em geradores diesel parques e licos e grupos de pain is fotovolt icos com as seguintes caracter sticas 3 3 5 1 Geradores Diesel Para este sistema em particular foram utilizados grupos de geradores diesel com capacidade de produ o de 5MW cada em AC com o objectivo de usar essa pot ncia de forma proporcionar flexibilidade em termos de entrada e sa da de grupos conforme a necessidade da rede Para a escolha dos geradores da simula o teve se em conta 4 crit rios os custos as caracter sticas do fuel diesel o modo de opera o e os factores de emiss o Em rela o ao custo apresentado uma avalia o no subt tulo 3 3 6 as caracter sticas do diesel permitiram saber que o nivel de calor 43 2MJ Kg densidade 820Kg m3 conte do carb nico 88 conte do sulf rico 0 33 e a efici ncia dada pelo diagrama da Figura 3 14 O modo de opera o optimizado e o factor de emi
55. o existentes destacam se tr s o Homer o Hybrid2 e o RETScreen Os dois primeiros s o muito parecidos diferenciando se apenas em alguns aspectos de interface e 14 Sistemas hibridos apresentac o de resultados j o RETScreen 6 talvez o mais completo a nivel de detalhes de valores n o sendo tao preciso a nivel de interface e apresentac o dos gr ficos Para o presente estudo usou se o software Homer visto que comparando com os restantes apresentava melhor equil brio resultados detalhados e apresentag o gr fica O software Homer Hybrid Optimization Model for Electric Renewables geralmente o software de eleig o n o s para os estudantes e projectistas mas tamb m para empresas e laborat rios de pesquisas pois apresenta as seguintes vantagens e Permite o desenvolvimento de projectos para sistemas de gera o de energia interligados a rede ou para pequenos sistemas isolados e Simula ao longo de cada hora e ao longo do ano o despacho do sistema h brido permitindo em qualquer fase do projecto adicionar ou remover componentes na rede e Avalia o contributo de cada componente na rede o seu custo e a sua afecta o na efici ncia da mesma e Avalia se ao longo dos anos o sistema satisfar o crescimento da demanda e Fornece dados das varias combina es e faz a optimiza o desses resultados e Permite fazer an lises de sensibilidade analisando e comparando a forma como o sistema se comporta quando se muda a
56. o mensal t pico em hot is de 5 estrelas da Regi o Aut noma da Madeira Figura 3 4 Consumo di rio t pico em hot is de 5 estrelas das Regi es de S M nica Chave e Varandinha da Figura 3 5 consumo di rio t pico para a popula o tur stica Figura 3 6 diagrama de carga di rio do Homer Figura 3 7 Diagrama mensal do consumo el ctrico para a dessaliniza o de gua Figura 3 8 Diagrama de consumos totais e agregado XV Figura 3 9 Radiac o solar global Figura 3 10 Curva de radiag o solar ao longo do ano Figura 3 11 Distribuig o mensal da velocidade m dia do vento Figura 3 12 Distribuig o anual da velocidade media do vento Figura 3 13 Caracter sticas t cnicas do combustivel Diesel Figura 3 14 Curva de efici ncia do Gerador Figura 3 15 Curva da pot ncia do aerogerador Figura 4 1 Configurac o b sica por HOMER Figura 4 2 Resultado da simulag o do Homer para o esquema base Figura 4 3 Produg o media mensal de electricidade Figura 4 4 Interacg o da rede no dia 4 Janeiro Figura 4 5 Funcionamento m s de Julho do sistema h brido por Homer Figura 4 6 Sistema El ctrico de Energia da Boavista Figuras 5 1 5 3 5 3 5 4 5 5 e 5 6 Sensibilidade com capacidade armazenamento 60000K Wh Figuras 5 7 5 8 5 9 Sensibilidade com capacidade armazenamento 30000K Wh Figuras 5 10 5 11 5 12 5 13 5 14 Sensibilidade com capacidade armazenamento vari vel
57. ocada o que s o sistemas h bridos de energia e como s o caracterizados O combinado de diesel com as energias e lica e fotovolt ica existente no SHE em estudo serviu de exemplo pr tico para mostrar a utilidade da sua implementa o sendo uma op o vi vel em sistemas isolados de pouca dimens o e de microgera o No caso da Boa Vista uma ilha cuja dimens o e o seu car cter insular revelaram ser um ptimo caso de estudo esta apresenta excelentes valores de energia c lica e fotovolt ica justificados pela exist ncia das caracter sticas acima referidas O uso de um software de simula o como o Homer revelou ser de uma utilidade imensa visto que permitiu obter dados fundamentais para an lises avalia es e procura da melhor solu o para o sistema Conhecido o sistema em causa procedeu se numa segunda fase caracteriza o do caso em estudo onde o conhecimento dos dados geogr ficos e topol gicos e as recolhas de valores da demanda energ tica da ilha s o extrema relev ncia para tra ar o esquema da rede e fazer a simula o no Homer Nesta fase os conhecimentos sobre o software mostraram ser fundamentais na obten o de resultados que fossem cred veis e exequ veis uma vez que a introdu o dos dados e a satisfa o dos par metros exigidos implicam algum conhecimento Os resultados apresentados foram os mais detalhados poss veis desde o contributo de cada componente no sistema para a rede passando pelo estudo de c
58. ocais e 312 MWh dia para o turismo perfazendo um total de aproximadamente de 408MWh dia o que correspondeu ao valor de carga prim ria utilizada na simulag o Introduzidos esses valores no Homer foi possivel chegar ao diagrama de carga di ria da Figura 3 6 com valores de consumo 24 Caracterizac o do caso em estudo id nticos ao estimado apresentando um valor de consumo di rio m dio de 407 66MWh d valor de pico anual de 28 57MW e um factor de carga de 0 6 25 000 Load Profile 8 o O O Demand kW a o S S a gt o o So o o 0 6 12 18 24 Hour Figura 3 6 diagrama de carga di rio do Homer 3 3 2 Consumo energ tico da carga deferivel Para estimar o consumo de electricidade na dessalinizag o sup s se a utiliza o de dessalinizadores baseados em tecnologias de osmose inversa com consumos per capita de gua e electricidade para turistas e residentes locais indicados na Tabela 3 4 Para os dessalinizadores sup s se um diagrama de consumo constante ao longo das 24h Foram instalados dois dessalinizadores para o abastecimento de agua com uma capacidade de armazenamento que garante entre 40 a 50 da produg o di ria Tabela 2 4 Consumos de agua e electricidade na dessalinizag o a Consumo E Consumo N de eee Energia por el m Em pessoa KWh d Su pessoas m dia Populag o local 48355 9670 94 435193 3 TOTAL 30105 1 2500 95 120000 Conhecidos
59. odug o os valores dos custos e as taxas de emiss es procedeu se a an lise da forma como os componentes da rede el ctrica interagem entre si A melhor forma de se verificar isso foi atrav s da an lise de um gr fico de interacg o diario e um grafico de interacc o mensal escolhidos aleatoriamente 4 3 Optimizac o e an lise de resultado 43 4 3 2 1 Interacg o di ria da rede O gr fico da figura 4 4 corresponde ao gr fico do dia 4 de Janeiro tendo sido escolhido aleatoriamente e relativamente a esse dia foi possivel observar gue nas primeiras horas entre as zero e as seis horas o consumo m nimo foi cerca de 8795KW uma vez que os consumos da carga primaria foram muito baixos e a carga deferivel foi sempre constante Visto que havia algum vento mas n o havia energia solar a alimentag o das cargas foi garantida pelos aerogeradores e pelos geradores diesel que tinham uma produg o significativa dada a baixa produg o e lica provocada pela velocidade fraca de vento A partir das 6h o consumo da carga prim ria vai aumentando at chegar ao pico diario entre as 13h e 14h Por m nessa altura ja se p de contar com mais vento e conseguentemente com uma maior produg o e lica que iria auxiliar a produg o diesel na alimentag o dessas cargas 24222KW No entanto nessa altura j se pode contar com a produ o fotovolt ica que pode atingir 403K W de pot ncia pouco expressivo na rede mas de grande contribuig o nos locais inst
60. ora equa o 8 Onde Chania Custo total anual yr CREO Factor de recuperag o do capital i Indice de interesse R proj Tempo de implementag o projecto yr Analisados os resultados da figura 4 2 verificou se que o resultado que apresenta menos custo total efectivo da rede total NPC assinalado a azul possui uma configurac o que n o integra produg o de energias fotovolt icas apresentando um Total NPC de 771180288 e um custo de energia de 0 287 KWh O parque e lico utiliza 20 aerogeradores de 600KW e a central diesel utiliza grupos diesel que totalizam 25000KW O total de investimento inicial na produg o de 38350000 que inclui o custo de investimento anual e o custo de substituig o que no final totalizam 8069196 ano O custo da manuteng o do diesel de 47956212 ano o que perfaz um custo anual de cerca de 56025408 Quanto a produg o os 20 aerogeradores e a central diesel produzem anualmente cerca de 195 522 336Kwh ano de energia el ctrica como se pode verificar na Tabela 4 1 Tabela 4 1 Produg o anual de energia el ctrica Produ o Fracc o Componentes kWh ano Aerogeradores 28 206 550 14 Geradores 167 315 792 86 Total 195 522 336 100 40 Sensitivity Results Optimization Results Double click on a system below for simulation results ds EEE TE Simulac o optimizac o e an lise de resultado ACE 450 20 25 50 ADE 50 2 25 400 ADE 50 2 25 450
61. os valores de produg o de agua e de consumo de electricidade permitiu a introdug o no programa obter o diagrama de consumo mensal da Figura 3 7 com valores de consumo di rio de 128MWh d valor de pico de 15MW e um armazenamento na ordem de 60MW 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simula o 25 Monthly Deferrable Load 140 000 120 000 E 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 Wh Load k J F MA M J JA 5 ON D Figura 3 7 Diagrama mensal do consumo el ctrico para a dessalinizag o de agua 3 3 3 Consumos totais Agregados Conhecidos os valores da carga prim ria e da carga deferivel foi possivel tragar um diagrama de carga agregada Figura 3 8 mostrando como se posicionam no consumo total do sistema e como a dessalinizac o afecta esse consumo O estudo do agregado permitiu ainda obter os valores totais de consumos di rios e anuais Tabela 3 5 bem como os picos ou pontas m ximas de consumos do projecto Consumos totais 123 45 6 7 8 9 10111213 14151617 18 19 20 21 22 23 24 Total sem dessalinizac o dessalinizac o Total agregado Figura 3 8 Diagrama de consumos totais e agregado 26 Caracterizac o do caso em estudo O consumo diario tipico da ilha dado pela tabela seguinte onde se pode verificar claramente os valores de consumo di rio e anual em estudo Ao consumo total acrescenta se um factor de 10 representativo das perdas e consumo interno
62. oscabos km cabo km Total Chave 9 43 2 239 099 04 Varandinha 2 6 9 6 5 534 70 53 133 12 Santa M nica 16 76 8 425 064 96 A forma de c lculo do custo de investimento utiliza os valores de refer ncia e as pot ncias instaladas tendo como base a seguinte eguag o CI CN PI equa o 6 Onde CN custo unit rio do componente PI pot ncia instalada do componente Para a extens o de rede os custos de investimentos s o calculados da seguinte forma CI CN D equa o 7 RD km Onde CN km Custo por km das linhas D distancia at a rede de transmiss o Ao custo total associado sera acrescentada uma taxa de 30 correspondente ao factor de insularidade 36 4 1 Configurac o b sica do sistema h brido da ilha de Boa Vista Capitulo 4 Simulac o optimizac o e analise de resultado Pretende se aqui analisar os resultados das simulag es efectuadas pelo software Homer fazendo uma optimizac o dos mesmos com o objectivo de encontrar a melhor combinag o que satisfaga o meu sistema hibrido E importante frisar a contribuig o que esta fase teve para o estudo uma vez que foi nesta etapa do projecto que se vislumbrou uma solug o admissivel para o nosso sistema e se encontrou os valores necess rios para o tragado da nossa rede Analisados todos os valores relacionados com recursos energ tico feitas as avalia es dos consumos conhecidas todas as restri es e condiciona
63. peed ms da Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Figura 3 12 Distribui o anual da velocidade m dia do vento As figuras 3 11 e 3 12 levaram a constatar que os n veis de velocidade de vento em Cabo Verde s o prop cios para a produ o de energia el ctrica pois considera se que para ventos superior a 5 5 m s j se tem um bom aproveitamento e Cabo Verde atinge valores m dios de ventos que variam entre os 6 e os 7 m s Esse aproveitamento poder ser essencial na redu o de custos com combust vel diesel e na redu o de emiss es de CO Por m grande parte dos recursos utilizados de origem f ssil O combust vel utilizado nestas simula es o Diesel um derivado do petr leo cujas caracter sticas est o apresentadas na Figura 3 13 3 3 Caracterizac o dos componentes e par metros utilizados na simulac o Price L KH 7 Limit usage to L yr 3000 EH Fuel properties Lower heating value 43 2 MJ kg Density 820 kg m3 Carbon content 88 Sulfur content 0 33 Figura 3 13 Caracteristicas t cnicas do combustivel Diesel Como se pode verificar os valores das caracter sticas do combust vel Diesel j est o estipulados podendo ser alterados conforme o tipo de gerador em uso No entanto o preco do combustivel pode ser alterado em qualquer momento Para esse primeiro plano usamos 1 d lar por litro na simulac o diesel tendo em conta os valores do c mbio com
64. r com a velocidade de vento mais num intervalo maior Aumenta entre os 5m s e os 5 5m s de vento sendo que a partir desse valor a fracc o de carga n o alimentada diminui mas n o chega a zero O aumento do custo do diesel continua a afectar apenas o aumento do custo de electricidade Figura 5 10 Legend 0 00080 0 00073 0 00066 0 00059 0 00052 0 00045 0 00038 0 00031 0 00024 0 00017 0 00010 Superimposed Levelized COE S kWh _Unmet Load Fraction Wind Speed m s in 9 o Fixed 5 5 ETA Storage 30 000 kWh 1 6 Diesel Price L Figura 5 8 5 3 Simula o e an lise de sensibilidade 57 Em rela o a frac o de excesso de electricidade j n o atinge o m ximo quando o vento e o custo s o m nimos Continuando o custo de electricidade a aumentar excepto quanto o vento aumenta Excess Electricity Fraction Legend 0 0250 0 0225 0 0200 0 0175 0 0150 0 0125 0 0100 0 0075 0 0050 0 0025 0 0000 Superimposed M Levelized COE S kWh 8 0 Wind Speed m s Fixed A ETA Storage 30 000 kWh 1 6 Diesel Price L Figura 5 9 E ainda sup s se a mesma configura o mas com mais de dobro de capacidade de armazenamento gue chega aos 130000K Wh Concluindo gue os par metros analisados n o se alteravam muito a n vel de relacionamento da rede os gr ficos s o id nticos ao da configura o com armazenamento a 60000K Wd Numa outra an lise fixou se o custo de combustivel
65. r rra Capitul09 2 4 24H 2ER AA Nna DH il edd a ad An lise de sensibilidade do sistema ereenreneeeeeeeeee nen annnneeeee aenea eaa naan aan n aan 9 1 Caracterizacion it 5 2 VariaVeis de sensibildade sneren anene a e vue KUMU ada VAALEAA VAKAUS VAN 5 3 Simula o e an lise de sensibilidade 0000100v06enananenaennanananananaennaennan an naannnanan emana Conclus es e recomenda es ossidi iniri ank kaiina aedini Kaai avaan a aan naa Kanaan nananana naa aan avaa na annua naan naene Referencias dit ris Tali Kanan A Tia mesh a ITO h Ta DA aikaan a En TE tt ee xiv Lista de figuras Figura 1 1 Localiza o geogr fica do arquip lago de Cabo Verde Figura 1 2 Mapa de Boa Vista Figura 2 1 Basico geral de sistemas h bridos E lico Diesel Fotovolt ico Figura 2 3 1 Gerador El ctrico Figura 2 3 2 Aerogerador Figura 2 3 3 Parque E lico Figura 2 3 4 C lula M dulo e Gerador fotovolt ico Figura 2 3 5 Exemplo de aplica o em edif cio Figura 2 3 6 Dessaliniza o atrav s de osmose reversa Figura 2 3 7 Ambiente de simula o de um Sistema El ctrico Figura 2 3 8 Modelo de optimiza o de um sistema h brido Figura 3 1 Gr fico do sistema produtor el ctrica em 2005 Cabo Verde Figura 3 2 Diagrama de consumos t pico de residentes locais n o incluindo dessaliniza o Figura 3 3 Consum
66. rede de distribuig o que ligar os varios postos de transformac o s cargas ser subterr nea evitando o impacto visual na zona tur stica As ZDTI ter o uma rede interna em baixa tens o constitu da pelos postos de transforma o e cabos de alimenta o de BT Os postos de transformac o incluir o o transformador e a respectiva aparelhagem de corte e protecg o Ser o considerados transformadores de leo com pot ncias de 800 KVA Todos estes elementos ser o albergados em estruturas pr prias que poder o ser em bet o Para a rede MT de 30KV ser o utilizadas linhas com custo de refer ncia de 35 000 00 km estimando se um custo total de 805 000 00 Os custos inerentes a rede de distribuig o em baixa tens o incluem para al m dos custos com cabos custos com aberturas de valas 25 00 m3 e com a construg o de caixas de visita e derivag o 250 00 por caixa Para o c lculo dos custos com os cabos consideramos os seguintes pressupostos cada PT tera no maximo 6 sa das em que o comprimento de cada saida ter no m ximo 800 m para garantir valores aceit veis de queda de tens o no custo dos cabos considerou se a utilizac o do cabo VAV 3x16 10 mm2 sendo custo de 5 535 00 km 3 4 Estimativa dos custos e dos componentes do sistema 35 Tabela 11 Custos dos cabos da rede de distribui o em BT Numeros Saidas Comprimento total Custo do EDI dePT porPT d
67. riza o e enquadramento nuit asa 7 2 2 Sistema h brido para a ilha da Boa Vista msnnneneneenenananennenaanenen an anaanannane amaan 8 2 3 Conceitos e tecnologias ligados a sistemas h bridos iene 9 2 4 Simula o de sistemas h bridos ooooocconnccccnonocacnnoncccnonannnn n aa a naa nn aan naa nannaa Ka aan naan rra 13 2 5 Modelo de optimiza o de SHE 0 rersennnennenneneennnaennanenenanan naan Ka aa nannaa nennen nn 15 Capitulo RODE Haren Tiet ea iti eine tele 17 Caracteriza o do caso em estudo ennen an kaan n naan ran rn rra rn aan naa a an naan nakee nana 17 3 1 A realidade Caboverdiana naa aan a aa aa nana nana aa a nannaa naa aa nannaa naan a nana aaaanen 17 3 2 A llha da Boa Vista nennen nass een ne er anne E JUUA 19 3 21 Geografia e Tecursos nrsen Me an ah A em 19 3 22 Considera es Gerais sue ias a aaah ain ua n 19 3 3 3 Distribui o demogr fica do consumo cccooccccocnnononononnnononononononononnnnn cnn nnnnnn nos 20 3 3 Caracteriza o dos componentes e par metros utilizados na simulag o 0 w 21 3 3 1 Consumo energ tico das cargas prim rias ooooccnnocccnnononnnnnonnncnnnnnnncnnnonnnnnon 21 3 3 2 Consumo energ tico da carga deferivel oocconcnnnnncccnnnnocccnnnonncnnnnnnncnnnnnnnnnnn 24 3 3 3 Consumos totais Agregados nnaman iart
68. rmelha e amarela Com o intuito de se saber qual a melhor configurag o fez se uma optimizag o categorizada que mostra que o resultado que melhor satisfez os requisitos impostos o da posig o 2 A 4 3 Optimizac o e an lise de resultado 41 optimiza o foi feita de modo a minimizar o custo de explora o ou seja de forma a optimizar a curva de efici ncia versus custo Portanto menor NPC n o implica melhor efici ncia Deste modo fez se uma an lise detalhada desse resultado com o objectivo de verificar se o sistema fi vel ou seja se o sistema produtor h brido conseguiria alimentar a carga e como que o sistema se comporta 4 3 1 An lise do resultado ap s optimizag o Ap s optimizag o a solug o encontrada foi um sistema h brido que integrava o diesel com o e lico e o fotovolt ico com 450KW de pot ncia em pain is solares usando um inversor de 400KW 20 aerogeradores no parque e lico e uma central diesel com 25000KW de pot ncia instalada Tudo isto totaliza uma capacidade de produ o anual de 196193888 KWh ano distribu da conforme a Tabela 4 2 e a Figura 4 3 Tabela 4 2 Produ o anual de energia el ctrica Produ o Frac o Componentes kWh ano Pain is 893 760 0 Aerogeradores 28 206 550 14 Central diesel 167 093 584 85 Total 196 193 888 100 Monthly Average Electric Production 25 000 js Wind 20 000 3 Generator 1 8 X 15 000 10 000 0 a 5
69. s Electricity Fraction Legend 100 000 0 0250 0 0225 0 0200 30 0004 0 0175 0 0150 Z 0 0125 S 0 0100 60 0004 lt 0 0075 gt 5 0 0050 0 0025 lt Em A 0 0000 1900 E gt Superimposed i MIN Levelized COE S kWwh Fixed Min Ren Fraction 10 1 4 Diesel Price L Figura 5 14 Da an lise das figuras 5 13 e 5 14 constatou se gue para valores de combustivel superior a 1 6 Litros temos algumas fracc es de cargas n o alimentadas e de excesso de electricidade o que se justifica por ser valores em que os pain is FV entram em funcionamento e sendo a energia solar intermitente significa gue teremos periodos em gue temos algum excesso de produ o e outros com falta de energia Da an lise de sensibilidade pode se concluir que a produg o e lica com os valores de vento de Cabo Verde da um grande contributo ao sistema produtor como se pode constatar nas figuras Conclui se ainda que os valores dimensionados para a produg o garantem uma boa fiabilidade para o SEE 60 Analise de sensibilidade do sistema 61 Conclus es e recomendac es Esta disserta o apresenta um estudo sobre a possibilidade da implementa o de um sistema el ctrico h brido diesel edlico fotovoltaico na ilha de Boa vista em Cabo Verde em alternativa ao sistema el ctrico em vigor at finais de 2007 que utiliza um sistema produtor unicamente com geradores diesel A apresenta o deste estudo teve como finalidade mostrar um
70. s e por algumas horas os picos das cargas n o s o atendidas pelo sistema A carga deferivel da dessaliniza o tamb m ira oscilar diminuindo o seu consumo quando o sistema produtor tem dificuldades em satisfazer os picos de consumo da carga prim ria muitas vezes por falta de vento e ou porque a produ o diesel esta a atingir a sua capacidade limite nesse per odo o que acontece que os dessalinizadores diminuem ou para de produzir e o abastecimento de gua assegurada pelos tanques de armazenamento e quando consumo da carga prim ria volta a diminuir os dessalinizadores aumentam a sua produ o at repor a gua nos tanques de armazenamentos e depois volta a produ o normal 4 3 Optimizac o e an lise de resultado 45 Em relag o a produg o verificou se que a produg o e lica sempre utilizada na sua totalidade e quando o consumo da carga prim ria m nimo a produg o e lica que assegura grande parte da sua alimenta o auxiliando assim na diminui o da produ o diesel e conseguentemente nos gastos com combustivel e emiss o de poluentes Em relac o a produg o de energia pelo diesel verificou se que esta varia conforme a necessidade da carga e da disponibilidade do vento Sendo gue guase sempre na sua produg o maxima quando a carga atinge os picos di rios ou quando se tem uma carga media mas n o se tem vento confirmando ser o suporte da rede em termos de produg o e alimentag o da carga As produg es
71. s vari veis de sensibilidades escolhidas relacionando o custo a efici ncia e o indice de emiss es de CO na variac o dessas Ambiente de simulac o Esquema b sico O esquema el ctrico da figura 2 3 5 representa o ambiente b sico de sistemas el ctricos com o Homer isto representa o plano de partida para as varias simulag es que se pretende conjugando a demanda com a produg o e focando os recursos energ ticos as restric es e limitag es impostas Equipment to consider Add Remove Primary Load 635 Mw hd 89 MW peak 2l ETA 240 kWhid 10 Mw peak ari PW Generator 1 Converter Generator 2 produ o AC demanda AC DC Figura 2 3 7 Ambiente de simulag o de um Sistema El ctrico produ o DC 2 5 Modelo de optimizag o de SHE 15 2 5 Modelo de optimizac o de SHE A optimiza o em sistemas h bridos de energia implica uma estrutura o dos mesmos de forma a permitir a coordenag o entre as varias fases da sua implementag o conhecer os valores do consumo e jogar com os recursos disponiveis dentro dos crit rios definidos sempre com o intuito de no final haver a possibilidade de chegar a um resultado considerado ptimo respeitando os crit rios determinados que normalmente s o crit rios que desrespeitam a efici ncia o custo e o ambiental Simulac o De recursos energ ticos Da carga intermitentes Modelos de produc o Modelos de
72. ss o permitiu saber que dos n veis de carbono do diesel emitido 29 30 Caracterizac o do caso em estudo 99 5 corresponde a di xido de carbono 0 4 a mon xido de carbono e 0 1 a hidrocarboneto n o queimado Efficiency a a 6 5 Figura 3 14 Curva de efici ncia do Gerador 3 3 5 2 Os parques edlicos Os parques e licos deste sistema usaram aerogeradores com rotor de 15metros de di metros 3 pas e uma torre de 25metros conhecidos como Atlantic Orient AOC 15 50 capazes de atingir pot ncias de 600K W para ventos a velocidades iguais ou superiores a 11m s conforme se pode constatar na Figura 3 15 General Description Abbreviation ew 15 Manufacturer Entearity Wind Systems Inc Current type AC Power curve _ Wind Speed Power Output a 600 m s Kw 4 3 0 000 Eo 5 4 16 000 A 6 5 48000 7 6 99 000 200 8 7 166 000 e 9 8 25900 2 10 9 372 000 1 10 540 000 100 12 11 600 000 13 Topona Notes 15m diameter three bladed passive yaw downwind rotor Typically installed on 25m tower Formerly known as the Atlantic Orient AOC 15 50 12 600 000 v ol 10 15 Wind Speed m s Figura 3 15 Curva da pot ncia do aerogerador 3 3 Caracterizac o dos componentes e par metros utilizados na simulac o 3 3 5 3 Os Pain is fotovolt icos Utilizou se pain is fotovoltaicos com capacidade de produg o at IKW em DC com as
73. t rios que permitiram fazer um esbogo de um esquema para a rede el ctrica de Boa Vista 46 Simulac o optimizac o e an lise de resultado 30 000 A Power kW 5 000 1 2 34567 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 July Figura 4 5 Funcionamento m s de Julho do sistema hibrido por Homer 4 4 Caracterizac o da rede el ctrica de Boa Vista AC Primary Load PV Power Parque eolico Generator 1 Power gt Defer Served gt Excess Electricity Unmet Load Como j foi referido no cap tulo 3 o consumo total da ilha a nivel geogr fico foi agrupada em dois tipos de consumo os relacionados com os residentes locais e os associados ao turismo Assim sendo procedeu se a identificag o das regi es destinadas a cada um dos grupos como se pode apurar no mapa da figuaral 1 Tamb m foi referida nesse capitulo que as principais cargas referentes as estruturas b sicas de suporte como Aeroporto Porto e ETA estar o localizadas nas localidades principais da ilha nomeadamente Sal Rei e Povoa o Velha como se v no mapa Porem outras regi es habitacionais com consumos menos significativos forma 4 4 Caracterizac o da rede el ctrica de Boa Vista considerados alias procurou se integrar todos os focos de consumo da Ilha no estudo Os dois centros de produg o h bridos interligados atrav s de uma rede MT alimentam todas as carg
74. tein e Uhlen 1989 desenvolveram uma eguac o emp rica eguag o2 Esta equa o pode ser utilizada para se estimar o consumo de leo diesel num determinado per odo no caso de se optar pela cobertura de um percentual da carga como o grupo gerador Basta se obter uma estimativa de quanto tempo o grupo gerador ir atender a carga e qual ser a pot ncia demanda C 0 08415 Py 0 246 Pp eguag o 1 Onde C Consumo de leo diesel L h Py Pot ncia nominal do grupo gerador KW Pp Potencia instant nea demanda KW Por outro lado para sabermos a pot ncia fornecida por cada gerador desenvolveu se algumas formulas de calculos de pot ncias para motores el ctricos trifasicos p Iv BN3 c08py p Poot BE 736 F cy je 1 000 Fis 3 Z cos PII 14 V3 E cos DM Onde P kW Pot ncia disponivel no eixo do motor P kW Pot ncia activa tomada no terminal do motor P KVA Pot ncia aparente tomada no terminal do motor yu Rendimento mec nico do motor a carga nominal E V Tens o nominal do motor Cosp Factor de pot ncia com carga nominal e In A Corrente nominal do motor A convers o e lica feita aproveitando a energia cin tica do vento resultante das deslocag es de massas de ar podendo ser transformada em energia el ctrica atrav s de turbinas e licas ou aerogeradores Para que o sistema seja rent vel necess rio que nos locais de instalac o o vento atinja uma velocidade m nima
75. terag es em algumas das vari veis Feito este estudo foi possivel verificar que a integrac o de energias renovaveis contribuiu para uma reduc o significativa do uso de combustivel diesel e consequentemente para a redu o do custo do sistema Palavras chave Sistemas h bridos energias renov veis energia e lica energia fotovolt ica geradores diesel software HOMER vi Abstract The aim of the following essay is to put on view a credible alternative to satisfy to the full the energetic needs of the Boa Vista Island in Cape Verde bearing its natural resources and its climatic characteristics in mind It pretends to show how a energetic hybrid system with diesel photovoltaic and wind productions could be an excellent investment both efficient electric system level and costs level since the Boa Vista island has a great beat in the tourism industry while its primordial growing stimulator In order to work further on this issue it was used a specific software the Homer which allows to create several simulations to evaluate and to check the best combination for the system to find the optimal fraction potency installed and to do a research with the goal to verify what implications may occur in the system Having this research in mind it was possible to conclude that the use of renewable sources of energy leads to a significant decrease of diesel fuel use and therefore to a decrease of the costs of the system Key words
76. tica em duas grandes regi es zona norte e zona sul tendo em considera o a distribui o dos aglomerados populacionais e a localizac o dos sistemas produtores A zona norte a de maior consumo dado ser onde se localiza a vila de Sal Rei a principal vila da ilha que apresenta a maior concentrag o de populag o residente os portos e o aeroporto da ilha 3 3 3 Distribui o demogr fica do consumo Segundo os estudos estat sticos realizado em 2002 aquando da inteng o da criag o da SDTIBM previu se que a populag o poderia atingir os 86195 habitantes num per odo de 20anos Quando se considera o crescimento tur stico e o aumento da populac o residente verificando um crescimento populacional de 4200 para 5398 habitantes entre 2002 e 2008 pode se constatar um grande crescimento Para o c lculo da populag o tur stica o estudo baseou se essencialmente nas capacidades de empreendimentos tur sticos previstos auxiliado dos exemplos de pa ses como Madeira e Canarias Para o c lculo da populag o residente o estudo baseou se nas populac es que pudessem advir do aumento de emprego directo e indirecto que as novas infra estruturas e servigos iriam originar Os quadros seguintes d uma dar nos o a no o da evolu o da carga humana m xima prevista para o per odo em estudo Tabela 3 2 Evolu o da carga humana prevista 18920 Taxa de ocupa o 2 Ratio emprego directo 0 6 Ratio emprego ind emp dir
77. to nem pelo pre o do combust vel diesel apenas aumenta de custo de produ o quando diesel aumentar Figura 5 2 PV Array Capacity Legend 3 000 kW 2 700 2 400 2 100 1 800 1 500 1 200 900 600 300 0 Superimposed Levelized COE S kWh Wind Speed m s 6 0 Fixed Ki ETA Storage 60 000 kWh 5 0 1 2 1 6 2 0 2 4 Diesel Price L Figura 5 1 5 3 Simulag o e an lise de sensibilidade 53 80 Generator 1 Capacity Legend 7 5 40 000 kW 37 000 34 000 31 000 28 000 25 000 22 000 19 000 16 000 13 000 10 000 Superimposed Levelized COE S kWh Fixed ETA Storage 60 000 kWh 1 2 16 2 0 24 N un o Wind Speed mis n o 55 5 0 Diesel Price L Figura 5 2 Assim como a produg o fotovolt ica o custo total de investimento diminui quando a velocidade de vento aumenta e que para velocidade maior que 5m s o custo total de investimento situa se entre os 37 500 000 O custo do diesel n o afecta o custo total de investimento apenas aumenta o custo do sistema que aumenta com o aumento do custo do diesel como se v na Figura 5 3 Legend 60 000 000 57 500 000 55 000 000 52 500 000 50 000 000 47 500 000 45 000 000 42 500 000 40 000 000 37 500 000 35 000 000 Superimposed Levelized COE S kWh _ Total Capital Cost Wind Speed mis Fixed P ETA Storage 60 000 kWh 5 0 1 6 Diesel Price L Figura 5 3 54 Analise
78. urbanos e industriais Como j foi referido no in cio do cap tulo um sistema h brido combina v rios sistemas de produ o de energias renov veis com produ o t rmica e de combust vel de origem f ssil Neste sistema em particular o SHE integra produ o t rmica a diesel com energia e lica e energia fotovolt ica Para tal tipo de sistema algumas tecnologias de convers o s o utilizadas na transforma o de energia t rmica diesel em electricidade bem como na transforma o de energia solar e e lica em el ctrica Estamos na presen a de um processo que necessita bastante capacidade de armazenamento para optimizar o aproveitamento da componente de energias renov veis sendo por isso escolhida a dessaliniza o como forma de armazenamento onde ir ser usada a de osmose inversa que ser explicada num dos par grafos seguintes Assim na convers o t rmica diesel s o utilizados geradores diesel que transformam a energia t rmica proveniente da combust o do diesel produzindo calor que acciona uma turbina gerando energia el ctrica formado basicamente por um motor a combust o interna acoplado mecanicamente a um gerador el ctrico Outros combust veis poss veis de serem utilizados s o a gasolina o lcool o g s natural e o biodiesel 10 Sistemas hibridos Figura 2 3 1 Gerador El ctrico De forma a estimar o consumo de leo diesel de um grupo gerador em fung o da pot ncia demandada pela carga Skars
79. usto e efici ncia Isto permitiu alertar ao utilizador as altera es e impossibilidades ocorridas A fase da simula o e an lise de resultados foi essencialmente importante possibilitou a obten o de v rias solu es e de valores que foram posteriormente analisados e concluir sobre qual a solu o que melhor se adequava realidade em estudo Com os resultados obtidos os par metros foram analisados individualmente variando os valores por excesso ou por defeito conforme o par metro em causa de forma a obter uma optimiza o dos resultados Dado a sua volatilidade os recursos energ ticos foram as vari veis mais estudadas envolvendo o m ximo de cen rios poss veis desde a escassez total abund ncia desses recursos Um dos par metros tamb m considerado bastante relevante foi a capacidade de controlo e manobra do SE pois permitiu controlar os recursos e atender s necessidades do sistema Uma das formas de o fazer foi atrav s do armazenamento da gua para dessaliniza o visto ser uma carga defer vel que 1 3 Estrutura da tese 5 podia ser diminuida ou mesmo retirada de funcionamento nas horas de ponta de modo a que o sistema produtor pudesse dar resposta a carga Durante a an lise das solug es tomou se em considera o tr s aspectos o aspecto ambiental atrav s do controlo das emiss es de CO o aspecto econ mico atrav s da an lise custos e a efici ncia de modo a decidir quanto viabilidade do proj

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