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Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
CONCEITOS ENERGÉTICOS
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico – DEM - SAE
miguel@ist.utl.pt
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Introdução
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Escassez + Preço + Ambiente
XX
XXI
Liberalização
Renováveis
URE
Serviços
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Energia primária e final
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Ciclo Energético
DEGRADAÇÃO
SOBREVIVÊNCIA INFORMAÇÃO
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Tra
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Util
izaç
ão
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Primária
Final
Con
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ão d
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Produtiva
Degrada
ção de energia
primária
Degra
dação de
energia final
Despe
rdício de
energia
Redução da facturaCascata da energia
Útil
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Rendimento da transformação
0
2
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6
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24
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/an
o
40%
45%
50%
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
Co
nve
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E.P
rim
ária
em
E.F
inal
Energia Primária Energia Final EF / EP
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Evolução da produção eléctrica
19961997
1998
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Hídrica
Centrais térmicas
"Cogeração"
Importação
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Produção hidro-eléctrica
Albufeira Fio de água TotalCávado-Lima 1,099 1,099Douro 210 1,596 1,806Tejo-Mondego 648 130 778TOTAL 1,957 1,726 3,683
53% 47%
POTÊNCIA INSTALADA (MW)SISTEMA
Albufeira Fio de água TotalCávado-Lima 2,451 2,451Douro 362 6,318 6,680Tejo-Mondego 1,266 364 1,630TOTAL 4,079 6,682 10,761
38% 62%
SISTEMA PRODUÇÃO ANUAL (GWh)
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Transformação de energia primária em final
Centrais termo-eléctricas: Rendimento de Carnot
q
fqCarnot T
TT
Energia primária = Energia final + Degradações
Degradações : Fronteira espacial e temporal
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Transformação de energia final em útil
Eficiência de Carnot
fq
fCarnot TT
T
Rendimento de conversãoMotor eléctrico: 90%
Lâmpada fluorescente: 40%
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Pro
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35%
Util
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%
EnergiaPrimária
Final
Pro
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40%
Riqueza
Mau
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Mau
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interesse
Iluminação
Útil
7%
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Escolha do Indicador
? utilizada Energia
mínima Energia
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Vapor
Bomba
1
Tsat=160ºC
Psat= 6.2 barVapor
CaldeiraCombustível
Tsat=180ºC
Psat= 10.0 bar
Purgador
Vapor
Condensado
2
Tsat=140ºC
Psat=3.6 bar
Secagem de Melaço
Condensado
Vapor
3
Tsat=120ºC
Psat= 2.0 bar
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Escolha do Indicador
utilizada Energia
mínima Energia
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Ex.1.2: Conversão para tep
Pretende-se conhecer o coeficiente de conversão da electricidade para energia primária nas unidades tep/MWh, sabendo-se que a central térmica tem um rendimento de 40% e que o combustível é um hidrocarboneto refinado com um PCI de 9500 kcal/kg. Os consumos energéticos associados à sua extracção, transporte e refinação representam 1000 kcal por cada kg de combustível. Considere 1 tep = 10 Gcal.
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Ex.1.3: AquecimentoPretende-se aquecer uma habitação. Este aquecimento pode ter 3 formas diferentes:
1) Aquecimento eléctrico por efeito de Joule
2) Aquecimento central através de queima de gás natural para aquecimento de um circuito de água quente. A caldeira apresenta um rendimento de 90%.
3) Aquecimento do ar através de uma bomba de calor (eficiência de 2.5).
São fornecidos os seguintes elementos: 0.1€/kWheléctrico, 0.6 €/m3 GN, PCI GN=39.5 MJ/m3, coeficientes de conversão para energia primária: 0.29 kgep/kWheléctrico, 0.91 kgep/m3 GN
Qual a posição destas 3 soluções em termos dos consumos de energia final, primária e factura energética ?
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Regulamentação
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RGCE - Legislação
ENCONTRA-SE REGULAMENTADO NA SEGUINTE LEGISLAÇÃO:
•Decreto-Lei nº 58/82, D.R. nº 47, I Série de 1982/02/26
•Portaria nº 359/82, D.R. nº 81, I Série, de 1982/04/07
•Despacho nº 10/88, D.R. nº 125, II Série, de 1988/05/30
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RGCE - Objectivo
PROMOVER A REDUÇÃO DE CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA
NACIONAL ATRAVÉS DA DIMINUIÇÃO DOS VALORES DE
CONSUMO ESPECÍFICO.
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RGCE – Bases de cálculo
ASSENTA EM DOIS TÓPICOS:
•CONVERSÃO DOS CONSUMOS PARA ENERGIA PRIMÁRIA:
•CÁLCULOS UTILIZANDO CONSUMOS ESPECÍFICOS:
1 MWh 0.29 tep 1000 m3 gás natural 0.91 tep1 ton propano 1.14 tep 1000 l gasolina super 0.75 tep1 ton fuel 0.969 tep 1000 l gasóleo 0.835 tep
Consumo Energético anual (kgep/ano)
Produção anual (ton/ano)CE (kgep / ton) =
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RGCE - Universo
INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS ABRANGIDAS:
•Consumo anual superior a 1000 tep/ano.
•Exemplos:
- 3.450 MWh/ano de consumo eléctrico
- 877 ton/ano de propano
- 1.220.000 m3/ano de gás natural
- 1.032 ton/ano de fuel
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RGCE - Universo
OBRIGA AS INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS:
•Auditoria Energética, de 5 em 5 anos;
•Plano de Racionalização, aprovado pela Direcção-Geral
de Energia, para um período de 5 anos;
•Acompanhamento trimestral e anual do Plano de Racionalização;
•Estabelece penalizações.
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RGCE - Cumprimento
REDUÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO
1. Existe valor de K de referência e é inferior a CE0:
2. Não existe valor de K de referência ou é superior a CE0:
CE0 + K
2CE5 <
CE5 < CE0 95%
Redução para o valor médio de CE0 e K
Redução de 5%
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K papel
Pasta crua de eucalipto pelo processo do sulfito 115 kgep/ton
Pasta branqueada de eucalipto pelo processo do sulfito 215 kgep/ton
Papel Kraft crú 225 kgep/ton
Papel Textliner, de desperdícios de alta qualidade 375 kgep/ton
Papel tissue 440 kgep/ton
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Ex.2.2: Parque industrialConsidere um determinado sector industrial para o qual o valor do consumo especifico objectivo definido por lei, K, é de 150 kgep/ton.
Calcule:
a) A percentagem de consumo energético da globalidade do sector industrial que se verifica em empresas abrangidas pelo RGCE.
b) Qual a redução percentual do consumo energético anual do sector num prazo de 5 anos se houver cumprimento do RGCE.
c) Se na gama acima de 3000 tep/ano, 40% do consumo de energia primária for eléctrico, determine o consumo especifico eléctrico.
Gamas de consumo Nº de Unidades Industriais
Consumo Anual Médio (tep)
Consumo Especifico Médio (kgep/ton)
Até 500 tep 10 250 200500 a 1000 tep 8 800 1801000 a 3000 tep 4 1500 170Mais de 3000 tep 2 4500 140
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Ex.2.2: EmbalagemConsidere uma empresa que fabrica cartão canelado na forma de placas e de embalagens.
Para ambos os produtos existe K definido pelo RGCE: 30 kgep/tonplacas e 45 kgep/ton embalagem .
No ano 0, a empresa vendeu 10 000 ton de placas e 20 000 ton de embalagens, tendo consumido 750 mil m3 de gás natural e 2 GWh eléctricos. O fabrico de embalagem consiste em operações de pintura e dobragem das placas, envolvendo apenas um consumo eléctrico adicional de 80 kWh/ton. Por consequência, o consumo específico da embalagem é superior ao consumo específico da placa. O gás natural é queimado numa caldeira de vapor com um rendimento energético de 88% e que as perdas de transformação energética dos equipamentos eléctricos se quantificam em 0.5 GWh.
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Finalmente, quantificaram-se os desperdícios energéticos em 15% da energia utilizável quer no vapor quer na electricidade. Considere o PCI do gás natural de 39.5 MJ/m3.
a) Confirme que esta empresa está abrangida pelo RGCE e determine o consumo específico de cada um dos 2 produtos.
b) Para cumprir o RGCE quais deverão ser os consumos específicos de cada um dos produtos dentro de 5 anos.
c) Quantifique o diagrama de Sankey da empresa.
Ex.2.2: Embalagem (cont)
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Indicadores de energia e ambiente
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Consumo mundial de energia
8.7 mil milhões de tep
Petróleo39%
Gás Natural25%
Carvão25%
Nuclear8%
Hidrica3%
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Reservas mundiais de petróleo
Médio Oriente66%
Africa7%
Asia e Oceania4%
Ex-União Soviética6%
Europa2%
América do Norte6%
América Central e do Sul9%
0
50
100
150
1980 1990 2000
142 mil milhões de toneladas
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Consumo mundial de petróleo
3.5 mil milhões de toneladas 0
100
200
300
400
500
600
1990 2000
Médio Oriente6%
Africa3%
Asia e Oceania28%
Ex-União Soviética5%
Europa21%
América do Norte31%
América Central e do Sul6%
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Alterações climáticas
CO2 - 1CH4 - 21N2O - 310
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A energia é a maior parcela
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• kg CO2/kWh térmico
Energia e ambiente
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Acções: Exemplo da oferta de energia
Tg CO2e
0,30,45 – 0,9
2,9
n.d.
2,9
n.a.
Bloco adicional
Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás
Tg CO2e
3,3–4,1
0,7
Bloco imediato
Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia
Eficiência energética no sector electroprodutor
Tg CO2e
0,30,45 – 0,9
2,9
n.d.
2,9
n.a.
Bloco adicional
Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás
Tg CO2e
3,3–4,1
0,7
Bloco imediato
Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia
Eficiência energética no sector electroprodutor
Tg CO2e
0,30,45 – 0,9
2,9
n.d.
2,9
n.a.
Bloco adicional
Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás
Tg CO2e
3,3–4,1
0,7
Bloco imediato
Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia
Eficiência energética no sector electroprodutor
Tg CO2e
0,30,45 – 0,9
2,9
n.d.
2,9
n.a.
Bloco adicional
Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás
Tg CO2e
3,3–4,1
0,7
Bloco imediato
Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia
Eficiência energética no sector electroprodutor
Tg CO2e
0,30,45 – 0,9
2,9
n.d.
2,9
n.a.
Bloco adicional
Me1: Eficiência energética no sector electroprodutorMe2: CogeraçãoMe3: Aplicação dum programa de gestão da procuraMe4: Eficiência energética e controlo das emissões nas actividades de refinação e armazenagem de combustíveis.Me5: Substituição de combustíveis e centraisMe6: Aceleração da liberalização dos mercados internos da electricidade e do gás
Tg CO2e
3,3–4,1
0,7
Bloco imediato
Electricidade produzida a partir de fontes renováveis de energia
Eficiência energética no sector electroprodutor
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Escolha do Indicador
produzida Riqueza
utilizada EnergiargéticaIntens.Ene
euro
tep.. EI
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PIB
População
Empresas
Compras de consumo (fluxo de $ para as empresas)
Fluxo de bens para a população
Salários, rendas, lucros, etc. (fluxo de $ para a população)
Trabalho / informação
doacrescentaValor PIB
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Intensidade energética mundial
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
PIB per capita em 1999 (USD 1990 /habitante)
kg
ep
/ U
SD
19
90
América do norte
América do Sul e Central
Europa ocidental
Europa de Leste
Médio Oriente
África
Ásia e Oceania
USA
SuiçaPortugal Espanha
China
Russia
Grandes produtores de petróleo
Japão
Turquia
Coreia Sul
Grec. UK
Alemanha
Singapura
Irelanda
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Evolução da intensidade energética
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Turkey Brazil Portugal Israel Greece Spain GFrance H-Kong Japan Switz. USA UK Germany Ireland
En
erg
y In
ten
sit
y (
kg
ep
/ U
SD
19
90
)
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Intensidade energética em Portugal
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
EF(1990=100)
PIB (1990=100)
IE (1990=100)
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
0
1
2
3
4
5
6
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/an
o
Agricultura
Industria
Transportes
Doméstico
Não Energéticos
Serviços
Construção
Consumo de energia em Portugal
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
A dinâmica dos sectores
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Sect
or/S
ecto
r 19
70 -
Tot
al/T
otal
197
0
Agriculture
Industry
Transport
Residential
Services
Construction
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Alimentação11%
Químicas e plásticos11%
Papel e artigos de papel11%
Têxteis10%
Outros9%
Siderurgia6%
Metalomecânica4%
MNM37%
Cimento16%
Cerâmicas16%
Vidro e artigos de vidro6%
Indústria - desagregação
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Balanço de energia
Características:
1. Subdivisão por formas de energia
2. Unidade de energia final (mil tep)
3. Divisão em energia primária e final
4. Subdivisão por sectores e sub-sectores
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Formas de energia
Carvão Petróleo (cont.) ElectricidadeHulha e Antracite Imp. Jets Hidro-electricidadeAntraciteNacional Gasóleo Termo-electricidadeCoque DieselOil Gás Natural
Petróleo Fuelóleo Outros ProdutosPetróleoBruto Nafta Gás deCidadeRefugos eProd. Interm. Lubrificantes Gás deCoquePropileno Asfaltos Gás deAlto FornoGPL Parafinas LenhasGasolinas Solventes LicoresSulfíticosPetróleos CoquePetróleo
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Balanço de 1998: inputs
CA
RV
ÃO
PE
TR
ÓL
EO
EL
EC
TR
IC.
GÁ
S N
AT.
OU
TR
OS
TO
TAL
IMPORTAÇÕES 3,321 18,254 342 697 22,615PRODUÇÃO DOMÉSTICA 1,135 1,150 2,285VARIAÇÃO DE STOCKS 36 -19 0 17SAIDAS Exportações 53 1,989 318 2,360 Barcos estrangeiros 375 375 Aviões estrangeiros 286 286 SOMA 53 2,649 318 3,021 CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA3,232 15,624 1,159 698 1,150 21,863
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Balanço de 1998: transformação
CA
RV
ÃO
PE
TR
ÓL
EO
EL
EC
TR
IC.
GÁ
S N
AT.
OU
TR
OS
TO
TAL
CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA 3,232 15,624 1,159 698 1,150 21,863PARA NOVAS FORMAS DE ENERGIA 2,782 2,216 -2,217 452 56 3,289 Briquetes Coque 94 94 Produtos de Petróleo -96 -96 Gás de Cidade 9 78 -82 6 Termoelectricidade 2,688 2,303 -2,217 375 210 3,358 SOMACONSUMO DO SECTOR ENERGIA 1,004 465 8 43 1,520 Consumo próprio refinação 876 43 919 Perdas de refinaria 127 127 coquerie 0 33 34 centrais eléctricas 129 129 bombagem hidroeléctrica 9 9 gás de cidade 3 3 extracção de carvão 0 0 perdas de transporte e distribuição 281 8 9 298ACERTOS ESTATÍSTICOS 2 23 0 0 25
DISPONIVEL PARA CONSUMO FINAL 448 12,382 2,911 238 1,051 17,030
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Balanço de 1998: consumo
CA
RV
ÃO
PE
TR
ÓL
EO
EL
EC
TR
IC.
GÁ
S N
AT.
OU
TR
OS
TO
TAL
DISPONIVEL PARA CONSUMO FINAL 448 12,382 2,911 238 1,051 17,030AGRICULTURA E PESCAS 483 54 1 538Agricultura 477 54 1 532Pescas 5 5INDÚSTRIAS EXTRACTIVAS 83 36 0 119INDÚSTRIAS TRANSFORMADORAS 448 3,862 1,124 222 548 6,205Alimentação 322 123 8 96 549Têxteis 165 160 0 27 353Papel e artigos de papel 262 157 0 22 440Químicas e plásticos 12 1,753 169 15 25 1,975das quais matérias primas 1,562 1,562Cerâmicas 331 57 153 301 841Vidro e artigos de vidro 190 25 19 0 234Cimento 289 425 98 6 817Metalúrgicas 15 9 16 3 44Siderurgia 147 28 63 26 263Vestuário calçado e curtumes 11 40 0 7 58Madeira e artigos de madeira 47 72 0 32 150Borracha 17 10 1 27Metalo-electro-mecânicas 95 115 9 1 220Outras 201 28 2 2 233CONSTRUÇÃO E OBRAS PÚBLICAS 859 40 899TRANSPORTES 5,793 38 5,832Aviões nacionais 414 414Barcos nacionais 180 180Caminho de ferro 49 38 88Eléctricos urbanos 57 57Rodoviários 5,092 5,092DOMÉSTICO 728 755 9 481 1,973SERVIÇOS 573 863 6 22 1,464
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Modelo Input-Output
Fac
tore
s de
pr
oduç
ão
Procura final Sectores
Sec
tore
s
Trabalho
Importação
Total de compras
Exp
orta
ção
Con
sum
o pa
rtic
ular
To
tal d
e v
en
das
Inpu
ts
Outputs
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Exemplo
+ = Total de vendas
Agricultura Indústria Serviços Exportação C.privado
Agricultura 5 20 0 20 30 75
Indústria 20 20 10 30 40 120
Serviços 10 30 20 10 30 100
+
Valor acrescentado 20 40 30
Importações 20 10 40
=
Total de compras 75 120 100
Procura intersectorial Procura final
70
50
40
=MAVF
100
120
75
=X
40
70
50
CE=Y
203010
102020
0205
S
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Conclusões
Deg Carvão Petróleo Electricidade Gás Outros
Carvão 0.017 0.000 0.014 0.001Petróleo 0.000 0.056 0.040 0.000Electricidade 0.000 0.003 1.156 0.003Gás 0.000 0.000 0.001 0.011 0.001Outros 0.000 0.000 0.001 0.014TOTAL 0.018 0.059 1.212 0.011 0.019
Carvão Petróleo Electricidade Gás OutrosRendimento 1998 98.3% 94.4% 45.2% 98.9% 98.2%
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Preços da energia
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
0
10
20
30
40
50
60
1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
US
D /
bar
ril
OPEP perde controle:Mar do Norte, Alasca
Guerra do golfo
Crise asiática
Revolução Iraniana
Guerra Irão-Iraque
1ºChoque Petrolifero
2ºChoque Petrolifero
Preços Correntes
Preços Constantes de 1996
Acordo OPEP
Preços do petróleo
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Preços aproximados dos combustíveis
Petróleo bruto
Gasolina Gasóleo Fuel-óleo Gás natural industrial
Propano granel
26 USD/barril 1.0 €/litro 0.7 €/litro 0.3 $/kg 0.3 €/m3 0.5 €/kg
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Liberalização eléctricaAdesão ao SENV
0
10
20
30
40
50
60
Jan-01 Fev-01 Mar-01 Abr-01 Mai-01 Jun-01 Jul-01 Ago-01 Set-01 Out-01 Nov-01 Dez-01
Nº
0
200
400
600
800
1000
1200
GW
h
Nº Acumulado de estatutosatríbuidos
Consumo anual acumulado dos CNVatribuídos
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
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Liberalização eléctricaNegociação
COMERC.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
9-20-990:00
9-21-990:00
9-22-990:00
9-23-990:00
9-24-990:00
9-25-990:00
9-26-990:00
9-27-990:00
9-28-990:00
9-29-990:00
9-30-990:00
Po
t. E
léct
rica
(k
W)
Segunda SextaQuintaQuartaTerça Sábado Domingo Segunda Terça
FÁBRICA
BOLSA
PRODUTOR
2 dias depois !!
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
CLÁSSICO
-Hora do dia (++ponta, +cheia e vazio)
-Estação do ano (+verão, inverno)
-Nível de tensão (+++bt, ++mt, +at, mat)
-Regime de utilização
FUTURO
-Distribuidor
Tarifário de electricidade
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Problema
Em baixa tensão o regime normal tem o preço do kWh é invariável ao longo das 24 horas (0.0920 €/kWh) enquanto que no regime bi-horário o consumo nas horas de vazio (das 22h às 8h no Inverno e das 23h às 9h no Verão) é mais baratos (0.0503 €/kWh).
Em contrapartida o “aluguer do contador” é mais elevado no regime bi-horário. Para uma potência instalada de 6.9 kVA, o aluguer do contador é de 11.35 €/mês e de 13.35 €/mês para contagem simples e contagem bi-horária, respectivamente.
Quantos kWh se tem de consumir em horas de vazio para compensar ? É fácil ?
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Factura = Fenergia+Fpotência
Fenergia=$/kWhpontaConsumoponta +...+...
Fpotência =($/kW)pPp+($/kW)cPc
Pt é a potência tomada (máx. 15 minutos)Pp é a potência média em horas de pontaPc é a potência contratada (máx. Pt anual)
Fórmula de cálculo
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Período Hora Tri - horário
Tetra-horário
Ponta 0.0861 0.0861
Cheia 0.0510 0.0510
Vazio 0.0340 0.0349
Super vazio 0.0326
Ponta 0.0932 0.0932
Cheia 0.0552 0.0552
Vazio 0.0362 0.0371
Super vazio 0.0347
I, IV (Inverno)
II, III (Verão)
Preços em média tensão e utilização
Tipo de potência
Média Tensão
em Horas de Ponta 7.712 €/kW
Contratada 0.708 €/kW
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Horários
Horário de Inverno:
horas de ponta : 9.30 às 11.30 e 19.00 às 21.00
horas cheias: 8.00 às 9.30, 11.30 às 19.00 e 21.00 às 22.00
horas de vazio: 22.00 às 8.00
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
ProblemaConsidere uma empresa com o seguinte perfil de potência média horária:
Período A: das 0h- 8h: 100 kW Período B: das 8h -21h: 500 kW
Período C: das 21h-24h: 300 kW
A empresa é abastecida em média tensão, possuindo um posto de transformação com a potência de 2 MW. A potência tomada é de 700 kW. A empresa labora 20 dias/mês, 12 meses/ano. Determine:
a) Determine o preço final do kWh.
b) Qual o benefício anual decorrente da redução da potência instalada ?
c) A ser possível deslocar um consumo de 100 kW do período B para o período A, qual será o benefício anual resultante ? Que potência média passaria a ter o período A ?
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Balanço Energético
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Sistemas Fechados
Fronteira móvelMassa constante
U = Q + WQ (calor)
W (trabalho)
U (energ.Interna)
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
A massa de 1 kg de ar sofre uma expansão durante a qual recebe 16 kJ sob a forma de calor e fornece trabalho no
valor de 20 kJ. Numa segunda expansão entre os mesmos estados inicial e final o calor recebido é apenas de 9 kJ.
Qual é a variação de energia interna na primeira expansão e qual é o trabalho fornecido pelo sistema na segunda
expansão ?
Sistemas FechadosProblema
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Sistemas Abertos
Q (potência calorífica)
W (potência mecânica)
Caudal 1
Caudal 3
Caudal 2
Fronteira fixaCaudais de entrada e saída
balanço de massa
WQhmhmentradasaida
saidaentrada
mm
pvuh
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Trabalho de bombagem
][ ]/[][ 3 PaPsmvWWideal
bomba
idealreal
WW
Foram efectuadas medições eléctricas ao funcionamento de uma bomba que eleva eleva 100 m3/h de um poço que tem uma profundidade de 50 m. A potência eléctrica foi de 10
kW. Determine o rendimento da bomba .
A pressão atmosférica corresponde, aproximadamente, a 100000 Pa. Um desnível de 1 m de água a quase 10000 Pa.
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Trabalho de turbina
idealturbinareal WW (se o caudal volúmico não variar)
PvdPsmvWideal /3
Uma turbina a vapor trabalha entre 60 bar e 10 bar, com um volume específico de 0.05 m3/kg. Apresenta um
rendimento de 90% e produz diariamente 11 MWh. Qual é o caudal mássico horário de vapor ?
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Aquecimento da água
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Potência de caldeira
Uma caldeira produz vapor sobreaquecido à pressão de 60 bar e à temperatura de 400ºC. A água entra na caldeira à
temperatura de 120ºC. A caldeira produz 13 kg de vapor por kg de fuel(PCI=40 MJ/kg). Qual é o rendimento da caldeira ?
12 hhmQideal
bomba
idealcaldeira
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Cogeração
Uma caldeira produz vapor sobreaquecido à pressão de 60 bar e à temperatura de 400ºC. A água entra na caldeira à temperatura de 120ºC. A caldeira produz 13 kg de vapor por kg de fuel(PCI=40 MJ/kg). O vapor passa numa turbina saindo saturado e a 10 bar.Determine a produção de vapor e de electricidade por cada kg de fuel queimado.Uma caldeira que produzisse vapor saturado directamente a 10 bar quanto fuel iria gastar a menos ?Analise a solução proposta.
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Combustão
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Definição
• A combustão provoca a quebra das moléculas dos reagentes, dando origem a novos produtos, com libertação de energia.
• A combustão diz-se completa se todo o carbono presente no combustível queimar dando origem a dióxido de carbono
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Fenómeno físico
• Cinética química: a reacção cresce exponencialmente com a temperatura
• Difusão: é necessário remover os produtos da combustão
Oxigénio
Gases
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M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Combustíveis
• Gasosos: permitem chama de pré-mistura. A chama é controlada pela cinética química.
• Líquidos: obrigam à atomização em micro-gotas, a queima é parcialmente dominada pela difusão
• Sólidos: requerem a pulverização dos produtos, a queima é fortemente dominada pela difusão
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Combustíveis em transportes
• Ciclo OTTO: gasolina, propano, gás natural
• Ciclo Diesel: gasóleo, fuel
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Combustão em ar
222224 )76.3( dNOcHbCONOaCH
A medição dos gases de uma chaminé de uma caldeira que queima gás natural indicou uma percentagem volumétrica
de oxigénio de 5%. Em que excesso de ar decorre a combustão ?
ad
acb
c
b
76.3
22
42
1
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Combustão em ar
A medição dos gases de uma chaminé de uma caldeira que queima gás natural indicou uma percentagem volumétrica
de oxigénio de 5% (isenta de vapor de água). Em que excesso de ar decorre a combustão ?
2222224 )76.3( eOdNOcHbCONOaCH
...
76.3
22
42
1
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ad
acb
c
b
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Cogeração
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
• Um sistema diz-se cogerador quando produz electricidade e calor útil simultaneamente.
• O calor é aproveitado a partir da exaustão térmica associada ao processo de produção de energia eléctrica
Conceito
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Diagrama de Sankey
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Motor Térmico
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Turbina de gás - simples
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
TG – normal e ar arrefecido
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
TG – directo e pós-combustão
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
TG – ciclo combinado
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M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Legislação Aplicável
Legislação Abstract
Decreto-Lei 538/1999 Revoga o Decreto-Lei 186/1995, criando uma nova legislação de cogeração.
Decreto-Lei 313/2001 Modifica o decreto anterior, resolvendo questões relacionadas com cogeraçõesmúltiplas, entre outras
Despacho 8-B/2002 Correcção de erros de impressão do Decreto-Lei 313/2001
Portaria 60/2002 Relacionada com o Decreto-Lei 313/2001,define a remuneração aplicável à energiaeléctrica produzida por uma instalação de cogeração que seja utilizadora de pelomenos 50% de energia primária de origem renovável
Despacho 7127/2002 Fixa os valores de referência para o cálculo da remuneração
Portaria 399/2002 Define requisitos de equipamento de medição e autoriza a venda da totalidade daenergia eléctrica produzida
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Parâmetro Fundamental
CCRT
C
EREE
/*2.09.0Rendimento Eléctrico Equivalente
E – Energia eléctrica produzida anualmenteC- Energia primária consumida anualmente
T- Energia térmica útil consumida anualmenteCR- Recursos renováveis consumidos anualmente
REE > 0.55 para Gás NaturalREE > 0.50 para Fuel-óleoREE > 0.45 para Renovável
Energy Management and Policy Miguel Águas –2003
M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Parâmetro Complementar
ETE
TEEer
5,45,0
5,4
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M.Sc. Program “Engineering Policy and Management of Technology”
Componentes do preço da Electricidade Produzida
• Termo fixo
• Termo variável
• Termo ambiental
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