Viabilidadedaenergiahídrica,eólicaesolarnaszonasurbanas.
Potencialparaoquasezerodaenergia
MartimdeAlmeidaFernandesJosédeMello
DissertaçãoparaaobtençãodoGraudeMestreem
EngenhariaCivil
Orientador:ProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltasDuartePinheiro
Júri
Presidente:ProfessorDoutorAntónioAlexandreTrigoTeixeira
Orientador:ProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltasDuartePinheiro
Vogal:ProfessorDoutorNunoGonçaloCordeiroMarquesdeAlmeida
Julhode2016
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-II
Agradecimentos
Umespecialagradecimentoaomeuorientador,oProfessorDoutorManuelGuilhermeCarasAltas
DuartePinheiro,pelasuaabertura,optimismoesimpatiaquepermitiramqueestetemasetornasse
realidadeepelasuainabaláveldisponibilidadeeapoioincondicionalqueaclararamorumoseguido.
Ao Engenheiro Francisco Sanchez pelas conversas sobre o tema, que remontam ao ano de 2008,
quandoomeuinteressepelosectorenergéticodeuosprimeirospassosdestacaminhada.
Ao Engenheiro Pedro Amaral Jorge e à Professora Helena Ramos, pelo auxílio prestado nos
momentosnecessários.
Ao Professor Luís Castro, pelo apoio dado ao longo do curso no Instituto Superior Técnico, uma
personalidade incontornável desta universidade e um exemplo para todos os membros da
comunidadeIST,pelasuadedicaçãoaoensinoepelasuafantásticarelaçãocomosalunos.
AgradeçoaosmeusamigosJaimeOlazabal,LuísMello,PedroAbreu,LopoSalgado,DavidAraújoe
António Rebello de Andrade, o grupo que me amparou ao longo destes anos fazendo jus ao
provérbio: “Queres ir depressa vai sozinho, queres ir longe vai acompanhado”. São amigos que
guardoparaavida.
Finalmente,eemespecial,aosmeuspais,àsminhasirmãseàminhanamorada,pelapaciênciaque
tiverame pela dedicaçãoquedemonstraram, acompanhando-menos bons emausmomentos ao
longodetodoestepercurso.
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-III
Resumo
Osetorenergéticotemumagrandeimportânciaparaaeconomiamundial,contudooconjuntode
tecnologias que produzem energia atualmente, constituem riscos e desafios que devem ser
ultrapassados,devidoàexcessivadependênciadecombustíveisfósseis.
Aszonasurbanasconsomemgrandepartedaenergiamundial,usualmenteproduzidalongedolocal
deconsumo(produçãocentralizada),sendonecessárioumaredededistribuiçãoetransporteatéao
localdeconsumofinal.Aproduçãolocal(produçãodistribuída),surgecomoumaoportunidadepara
reduzir a dependência energética dos países e aumentar a produção de energia de fontes
renováveis,aproximandoosedifíciosdosobjetivosdequasezerodaenergia.
Esta dissertação analisa a viabilidade de implementar fontes de energia renovável em edifícios,
explorando a possibilidade de instalar energia solar, térmica e fotovoltaica, e ainda mini-eólica.
Outrasfontesforamestudadas,talcomoabiomassaemini-hídrica,contudoassuascaracterísticas
levamaqueexistammaioresdificuldadesdeexploraçãoemanutenção.
Foidescobertoqueexisteumpotencialdepoupançamonetáriaemconsequênciadainstalaçãodas
tecnologias renováveis, com taxas internas de rentabilidade (TIR) interessantes, embora surjam
algunsdesafiosrelativosàaceitaçãosocialdosprojetos,asuaviabilidadelegaleaindaaexistência
deimpedimentosfísicos.
Adicionalmente, de forma a atingir o quase zero da energia, a implementação de tecnologias
renováveisnãoésuficiente.Medidasdevemteremconsideraçãofatoresculturaisehumanosque
permitamreduziraenergiaconsumida,assimcomoaoperaçãoemanutençãocorretadassoluções
instaladas.
Palavras chaves: Energia renovável, análise de viabilidade, rentabilidade, quase zero da energia,
necessidadesenergéticas,zonasurbanas
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-IV
Abstract
Theenergysectorisofutmostimportancefortheworldeconomy,howeverthecurrentenergymix
posesvariousdangersandchallengesthatmustbeovercome,duetoexcessivedependenceonfossil
fuels.
Urban areas consume large amounts of energy that is usually produced far away and must be
transportedtotheirfinalconsumptionarea.Localproductionconstitutesanopportunitytoreduce
energydependenceandboost renewableenergy consumption, contributing forbuildings to come
closertonearlyzeroenergyobjectives.
This thesisanalyses theviabilityof implementingrenewableenergysources inbuildings,by taking
into account mature technologies such as solar thermal and photovoltaic, as well as small wind
power.Othersources,suchasbiomassandsmallhydro,werestudied,howevertheircharacteristics
makethemmorecomplextoinstallandmaintain,hencewerenotconsideredfortheenergymixnor
intheeconomicviabilitymodel.
It was found that there is an opportunity to save money by implementing renewable energy
technologies,withinterestinginternalrateofreturn(IRR),althoughsomechallengesemergerelated
tosocialacceptance,legalissuesandphysicalconstraints.
Furthermore, to achieve nearly zero energy, implementing renewable energy technologies isn’t
enough. Measures should take into account cultural and human factors since these factors are
crucialtoreduceenergyconsumptionandforthecorrectmanagementoftherenewablesolutions
installed.
Keywords:Renewableenergy,economicviability,nearlyzeroenergybuildings,energymix,energy
needs,urbanareas
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-V
Siglaseacrónimos
Instituiçõeseorganizações
COP(ConferenceoftheParties)–Conferênciadaspartes
DGEG–DireçãoGeraldeEnergiaeGeologia
EEA(EuropeanEnvironmentalAgency)–AgênciaEuropeiadoAmbiente
ESHA(EuropeanSmallHydropowerAssociation)–AssociaçãoEuropeiadaMini-Hídrica
EWEA(EuropeanWindEnergyAssociation)–AssociaçãoEuropeiadaEnergiaEólica
IEA(InternationalEnergyAgency)–AgênciaInternacionaldaEnergia
IHA(InternationalHydropowerAssociation)–AssociaçãoInternacionaldaEnergiaHídrica
IRENA(InternationalRenewableEnergyAgency)–AgênciaInternacionaldasEnergiasRenováveis
LNEG–LaboratórioNacionaldeEnergiaeGeologia
NDC’s (NationallyDeterminedContribuitions)–ContribuiçõesPretendidas,DeterminadasemNível
Nacional
OECD(OrganisationforEconomicCo-operationandDevelopment)–OrganizaçãoparaaCooperação
eDesenvolvimentoEconómico
UNFCCC (United Nations Framework Convention for Climate Change) – Convenção-Quadro das
NaçõesUnidassobreaMudançadoClima
Unidadesenergia
Mtoe–Milhõesdetoneladasequivalentedepetróleo
toe–Toneladasequivalentedepetróleo
Conceitos
AQS–Águasquentessanitárias
GEE–Gasesdeefeitodeestufa
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VI
NEH–Netequivalenthours
SolarFV–Solarfotovoltaico
Compostosquímicos
CH4–Metano
CO2–Dióxidodecarbono
N2O–Óxidonitroso
Conceitoseconómicos
Capex(Capitalexpenditure)–Despesasdecapital
Opex(Operatingexpense)–Despesasdeoperação
Totex(TotalExpenditure)–Despesastotais
IVA–Impostosobreovaloracrescentado
LCOE(Levelizedcostofenergy)–Custoniveladodeenergia
O&M–Operaçãoemanutenção
SWOT (Strength Weaknesses Opportunities and Threats) – Forças, fraquezas, oportunidades e
ameaças
TIR–Taxainternaderentabilidade
VAL–Valoratualizadolíquido
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VII
Glossário
Dependênciaenergética–Anecessidadequeumpaístemdeimportarenergia,sejasobaformade
energiafinalousobaformadeenergiaprimária,parafazerfaceàssuasnecessidadesenergéticas.
Segurançaenergética–Acapacidadedeumpaísoulocalparafornecerenergiaparaconsumofinal
deformaconsistenteeininterrupta,demodoaqueapopulaçãopossasustentarassuasatividades.
Resiliênciadosistemaenergético–Aformacomoosistemaenergéticoproduzenergiaapartirde
fontesdiferentesdeformaagarantirasegurançaenergética.
Produção centralizada–Produçãodeenergia (usualmente) emgrandeescala, sendonecessárioo
seutransporteoutransmissãoatéaolocaldeconsumo.
Produçãodistribuída–Produçãodeenergiaanívellocaleàescaladoedifíciooubairro,nãosendo
necessárioredesdetransporteedistribuiçãoextensas.
CustoNivelado de Energia –Os custos totais de uma fonte de energia ao longo da sua vida útil,
considerando o custo de instalação, reposição, manutenção, impostos e financiamento, dividido
pelaproduçãototaldaenergiaaolongodavidaútil.
Quase zero da energia –Quando a diferença entre a energia produzida localmente e o consumo
localseaproximadozero.
Culturas energéticas – Produção e preparação de matérias primas orgânicas para produção de
energia.
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-VIII
Índice
Agradecimentos............................................................................................................................................II
Resumo...........................................................................................................................................................III
Abstract...........................................................................................................................................................IV
Siglaseacrónimos.........................................................................................................................................V
Glossário.......................................................................................................................................................VII
Índice............................................................................................................................................................VIII
Índicedetabelas..........................................................................................................................................XI
Índicedefiguras...........................................................................................................................................XIII
1. Introdução..................................................................................................................................................1
1.1. Contextualização............................................................................................................................11.2. Objetivo,hipóteseemetodologia.............................................................................................21.3. Estruturadatese...........................................................................................................................4
2. Osectorenergético:dadoseestatísticas......................................................................................6
2.1. Contextoehistória........................................................................................................................62.2. Aspetosfundamentais,indicadoreseestatísticas..............................................................82.2.1. Energiaprimária.....................................................................................................................................82.2.2. Energiaelétrica......................................................................................................................................132.2.3. Energiatérmica......................................................................................................................................152.1.1. Aquecimentoglobal.............................................................................................................................162.1.2. Emissõesdegasesdeefeitodeestufa.........................................................................................17
3. Energiaemzonasurbanas..............................................................................................................20
3.1. Eficiênciaenergética.................................................................................................................203.2. Consumosdeenergia................................................................................................................213.3. Fornecimentolocaldeenergiasrenováveis......................................................................253.4. Desafios..........................................................................................................................................273.5. Emsíntese.....................................................................................................................................29
4. Energiasrenováveis..........................................................................................................................30
4.1. Contextualização.........................................................................................................................30
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-IX
4.2. Energiahídrica............................................................................................................................314.2.1. Tipologias.................................................................................................................................................314.2.2. Dimensionamento................................................................................................................................324.2.3. Custos.........................................................................................................................................................334.2.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................34
4.3. Energiaeólica..............................................................................................................................354.3.1. Tipologias.................................................................................................................................................354.3.2. Dimensionamento..................................................................................................................................37
4.3.3. Custos.........................................................................................................................................................404.3.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................41
4.4. Energiasolartérmica................................................................................................................424.4.1. Tipologias.................................................................................................................................................424.4.2. Dimensionamento................................................................................................................................434.4.3. Custos.........................................................................................................................................................464.4.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................46
4.5. Energiasolarfotovoltaica........................................................................................................474.5.1. Tipologias.................................................................................................................................................474.5.2. Dimensionamento................................................................................................................................484.5.3. Custos.........................................................................................................................................................494.5.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................51
4.6. Biomassa.......................................................................................................................................514.6.1. Tipologias.................................................................................................................................................514.6.2. Dimensionamento................................................................................................................................524.6.3. Custos.........................................................................................................................................................534.6.4. Perspetivasfuturas..............................................................................................................................54
4.7. Síntese............................................................................................................................................55
5. Análisedeviabilidade.......................................................................................................................56
5.1. Comosedefineviabilidade.....................................................................................................565.2. Modelodeanálisedaviabilidade..........................................................................................575.3. Casodeestudo–moradia........................................................................................................585.3.1. Característicasmoradia.....................................................................................................................585.3.2. Necessidadesenergéticas..................................................................................................................595.3.3. Potencialderenováveis.....................................................................................................................605.3.4. Conjuntodesoluções..........................................................................................................................62
5.4. Casodeestudo–edifício..........................................................................................................665.4.1. Característicasedifício.......................................................................................................................66
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-X
5.4.2. Necessidadesenergéticas..................................................................................................................675.4.3. Potencialderenováveis.....................................................................................................................675.4.4. Conjuntodesoluções..........................................................................................................................685.4.5. Análiseeconómica................................................................................................................................71
6. Discussãoderesultados...................................................................................................................76
6.1. Aabordagemefetuada..............................................................................................................76
6.2. Limitaçõesdomodelo...............................................................................................................78
6.3. Análisesensibilidades..............................................................................................................79
6.4. Implicaçõesdosresultados.....................................................................................................81
6.5. Aplicabilidade..............................................................................................................................82
6.6. Recomendações..........................................................................................................................83
7. Conclusões............................................................................................................................................87
Referências...................................................................................................................................................91
Anexos................................................................................................................................................................I
AnexoI-EnergiaConceitosRelevantes................................................................................................IIDependênciaenergética.......................................................................................................................................IIInvestimentoeInovação....................................................................................................................................III
AnexoII–Energiaevoluçãoecapacidadesinstaladas.....................................................................VEvolução......................................................................................................................................................................VCapacidadeInstalada........................................................................................................................................VIII
AnexoIII–Cálculodaviabilidadeeconómica..............................................................................XVIII
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XI
Índicedetabelas
Tabela3.1–Consumodeenergiaprimáriapercapitaemcidadesportuguesas................................22
Tabela3.2–Oportunidadeseameaçasdetecnologiasrenováveisemmeiourbanoàescalada
moradiaedoedifício...........................................................................................................................26
Tabela4.1–Rendimentoefatordecargadastipologiashídricas......................................................33
Tabela4.2–Custosdeprojetoshídricos.............................................................................................34
Tabela4.3–Evoluçãodapotênciainstaladadeenergiamarítima,emMW.......................................35
Tabela4.4–Rendimentoefatordecargadastipologiaseólicas........................................................39
Tabela4.5–Custosdeprojetoseólicos...............................................................................................40
Tabela4.6–Crescimentoesperadodaproduçãoelétricaporfontedeenergiaentre2010-2040.....41
Tabela4.7–Rendimentoefatordecargadastipologiassolarestérmicas.........................................45
Tabela4.8–Custosdeenergiasolartérmica......................................................................................46
Tabela4.9–Rendimentoefatordecargadastipologiassolaresfotovoltaicas..................................48
Tabela4.10–Custosdeprojetosfotovoltaicos...................................................................................50
Tabela4.11–RendimentoefatordecargadastipologiasdeBiomassa.............................................53
Tabela4.12–Custosdeenergiadebiomassa.....................................................................................53
Tabela4.13–Factosenúmerosdasenergiasrenováveis....................................................................55
Tabela4.14–Factosenúmerosdasenergiasrenováveis....................................................................55
Tabela5.1–Característicaseinputsparaumamoradianocasobase...............................................59
Tabela5.2–Característicasdoconsumoanualdeumamoradiaparaocasobase............................60
Tabela5.3–Característicasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergia........................................60
Tabela5.4–Inputsassociadosacondiçõesatmosféricas...................................................................61
Tabela5.5–Inputsparaocálculodaáreadecoletoressolares.........................................................62
Tabela5.6–Cálculodaáreadecoletoressolares...............................................................................62
Tabela5.7–Inputsparacálculodaáreademódulosfotovoltaicos....................................................63
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XII
Tabela5.8–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicos......................................................................63
Tabela5.9–Cálculodonúmerodeturbinaseólicasparaproduçãodatotalidadedasnecessidades64
Tabela5.10–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólica...........................65
Tabela5.11–Inputsparaocálculodapotênciademini-hídrica........................................................65
Tabela5.12–Produçãodeenergiaelétricaapartirdefotovoltaico,eólicaehídrica.........................66
Tabela5.13-Característicaseinputsparaumedifícionocasobase..................................................66
Tabela5.14–Áreasdoedifícionocasobase......................................................................................67
Tabela5.15-Característicasdoconsumoanualdeumedifícioparaocasobase..............................67
Tabela5.16–Característicasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergia.....................................68
Tabela5.17–Cálculodaáreadecoletoressolaresparaumedifício..................................................69
Tabela5.18–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicos....................................................................69
Tabela5.19–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólica...........................70
Tabela5.20-Investimentoecustosdeoperaçãoparadiferentesfontesdeenergia.........................71
Tabela5.21–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasenumamoradia......73
Tabela5.22–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasedeumedifício.......75
Tabela6.1–AnáliseSWOTparaumasoluçãocommix......................................................................81
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XIII
Índicedefiguras
Figura2.1–Consumodeenergiaporfonteem%,entre1800-2008....................................................7
Figura2.2–Evoluçãodoconsumodeenergiaanualpercapitaentre1800e2008porfontede
energia,emGJ.......................................................................................................................................7
Figura2.3–Energiaprimáriamundialproduzidaporfontedeenergia,em1973e2012,emMtoe...9
Figura2.4–Evoluçãoenergiaprimáriamundialfornecida,entre1971e2012,emMtoe,porfontede
energia...................................................................................................................................................9
Figura2.5-EvoluçãoproduçãodaenergiaprimáriafornecidanaEuropa,entre1990e2012,em
Mtoe,porfontedeenergia.................................................................................................................10
Figura2.6–OfertadeenergiaprimáriaemPortugal,porfontedeenergia,entre1990e2013,em
ktoe......................................................................................................................................................11
Figura2.7–Evoluçãodoconsumofinaltotaldeeletricidadeentre1990e2010porsectornaUE-27,
emTWhe%.........................................................................................................................................13
Figura2.8–Diagramadeconsumototaldeenergiaaolongododia15-08-2015..............................14
Figura2.9–EmissõesdeCO2mundial,porsector,em%,em2012....................................................18
Figura3.1–ConsumoanualdeenergiaelétricapercapitatotaleportipodeconsumoemPortugal,
emkWh................................................................................................................................................23
Figura3.2–Consumodeenergiaelétricaportipodeconsumoem2014,em%...............................23
Figura3.3–ConsumodeenergiafinalemedifíciosparaváriospaísesdaUEem2012,emkWh/m224
Figura3.4–Necessidadestérmicasdediferentesindustrias..............................................................25
Figura3.5–Temasprincipaisdaseco-cidades....................................................................................28
Figura4.1–Númerohorasanualdegeraçãodeenergiaemcargamáxima(fatordecarga)para
diferentesfontesdeenergianosuldaEuropa....................................................................................30
Figura4.2–Evoluçãodadimensãoepotênciadasturbinasentre1980e2010.................................36
Figura4.3–Tipodefundaçõesdeeólicaoffshore..............................................................................38
MartimJosédeMello(DissertaçãodeMestradoemEngenhariaCivil)-XIV
Figura4.4–Evoluçãoeprevisãodoinvestimentoanualemonshoreeoffshoreaté2030emmilhões
deeuros...............................................................................................................................................42
Figura4.5–MapadamédiadairradiaçãosolaremPortugalentre1994e2013...............................44
Figura4.6–Evoluçãodocustodomóduloente2009–2014.............................................................50
Figura4.7–Evoluçãodaproduçãomundialdeaglomeradosegranuladosdemadeiraentre2004e
2014emmilhõesdetoneladas............................................................................................................54
Figura5.1–Plantaeperspetivadamoradiaequarteirão...................................................................59
Figura5.2–Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasinclinadas............................61
Figura5.3-Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasplanas..................................61
Figura5.4–Plantaeperspetivadoedifícioequarteirão....................................................................67
Figura5.5–Gráficodaproduçãoenecessidadesdeenergiaelétricanumedifício,commódulos
fotovoltaicosemini-eólica(unidadeskWh)........................................................................................70
Figura5.6–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumamoradia..........................................72
Figura5.7–Proporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadamoradia
emkWh................................................................................................................................................72
Figura5.8–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumedifício.............................................74
Figura5.9–Proporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadeum
edifícioemkWh...................................................................................................................................74
Figura6.1–Resultadosdaanálisedesensibilidadeparaamoradia...................................................80
1
1. Introdução
1.1. Contextualização
Osetorenergéticoéfundamentalpoisasseguragrandepartedasatividadesdodiaadia,tantodas
pessoas como das empresas e dos países, contribuindo para o seu funcionamento e crescimento
(Meadows,Meadows, Randers, & Behrens, 1972). A evolução do sector energético ao longo dos
anoslevouacrescimentoseconómicosexponenciaisepermitiuqueaspessoasaumentassemasua
qualidade de vida, algo que se reflete no crescimento demais de três vezes emeia do consumo
energéticopercapitaanualentre1800e2000,de20GJpara70GJ(Roser,2015).
O aumentopopulacional dosúltimos séculos, levou à edificaçãode grandes centrosurbanos com
consumos de energiamuito elevados. Tendo em conta amagnitude do consumo de energia em
meios urbanos, onde na europa 80% da energia consumida está associada a atividades urbanas
(Oecd/IEA, 2014), a concentração de poluentes nesses locais é excessiva, levando a uma
deterioraçãodaqualidadedevidaeatédosprópriosedifíciosemonumentos.
A evolução do sector energético não surge, contudo, sem um custo externo adicional para a
sociedade como um todo, existindo um impacte global para além dos impactes locais. Assim, ao
longo das últimas décadas, tem-se vindo a identificar e analisar os impactes prejudiciais da
exploração de combustíveis fósseis para o meio ambiente, para os países e para a economia
(Ferroukhietal.,2014).
Uma ordem mundial dependente de combustíveis fósseis , constitui um problema grave cuja
correção exige um processo de transição demorado, extenso e extremamente difícil, tal é a
predominância deste tipo de combustíveis nomix (combinação de formas de energia) energético
atual.Adicionalmente,ocrescimentoeconómicodospaísesdesenvolvidosfoisustentado,emgeral,
pelo consumo de combustíveis fósseis, logo o desafio atual é encontrar soluções que permitam
edificar as economias em desenvolvimento recorrendo a fontes renováveis e a estratégias de
aumentodeeficiência,tantonoconsumocomonaproduçãodeenergia(MacKay,2009).
O consumo de energia em meio urbano deve-se principalmente a três sectores fundamentais:
edifícios, industria e transportes. O edificado é responsável por 40 % do consumo de energia
primária,sendocadavezmaispressionado,nomeadamentedesdelogopelacertificaçãoenergética
a partir de 2020para ser quase zero de energia (Pinheiro, 2010). Tal exige não só a reduçãodos
consumosatravésdeváriostiposdemedidasconstrutivasedeeficiêncianoconsumo,bemcomoo
2
fornecimentodeenergiasrenováveisdeorigemlocalenaenvolvente,potenciadonoquasezerode
energiaparaosnovosedifíciospúblicosem2018eprivadosem2020queacertificaçãoenergética
passaaobrigar(Decreto-Lein.º118/2013de20deagosto)
Asenergiasrenováveisperspetivam-secadavezmaiscomofontesviáveisecompetentesparacriar
umnovopanoramamundialnosectorenergético,ondeoscombustíveisfósseistêmmenorpesono
mix.Éatravésdaevoluçãotecnológicaqueseexploramnovasfontesdeenergia,tendoexistidoum
grande crescimento de energias renováveis no final do século 20, proveniente de uma maior
consciência social,ambientaleeconómica,quecontribuiuparaalgumas fontes seremhojeviáveis
(Gore,2006).
As energias hídrica, eólica, solar e biomassa têm vindo a crescer, inseridas num mundo de
combustíveis fósseis, tendo potencial para complementarem as fontes de energia existentes e,
eventualmente,assubstituírememmuitasáreas(Gore,2006).
Hoje, é evidente a aposta mundial na exploração de fontes de energia renovável, seja na
acumulaçãodeextraordináriosvolumesdeáguaarmazenadosemalbufeiraspordetrásdeenormes
barragens, onde turbinas aproveitam o potencial energético da queda de água, ou nas turbinas
eólicas onde o vento sustenta a sua rotação, ou ainda nas vastas áreas de painéis solares
alimentadas pela energia solar. A queima de resíduos florestais apresenta-se como uma solução
interessantedopontodevistaenergético,mastambémsocialeambiental,permitindoalimpezae
renovaçãodezonasflorestais(IEA,2015a).
Algumas zonas urbanas têm potencial energético elevado, podendo contribuir para um sistema
energéticomaisdescentralizadoeresiliente,sendoumproblemamenosabordado.Assim,torna-se
interessante abordar as oportunidades e desafios da energia em meio urbano, analisando a
ViabilidadedaEnergiaHídrica,SolareEólicanasZonasUrbanas,eoPotencialparacontribuirparao
quaseZerodaEnergianoedificadoquealegislaçãoperspetiva.
1.2. Objetivo,hipóteseemetodologia
Objetivo
A presente dissertação pretende explorar a viabilidade de fontes de energia renováveis,
concretamente a energia hídrica, eólica, solar e biomassa em zonas urbanas, analisando a
viabilidadesegundoassuasdiferentesvertentes:tecnológica,física,económica,socialeambiental.
3
Pretende-secriarummodeloquepermitaconjugardiferentestecnologiasrenováveisparamoradias
eedifícios,explorandoaviabilidadedeváriassoluçõesparadiferentesescalas,avaliandoopotencial
paraoquasezerodaenergiadecorrentedaimplementaçãodeumnovomixenergético.
Hipótese
Ahipótesedatese,équeexisteumpotencialenergéticorenovávelporexplorarelevadonaszonas
urbanas,quepodecontribuirparaareduçãodadependênciadecombustíveisfósseis,equepoderá
serviável.
Aimplementaçãodeenergiasrenováveis,atravésdumacombinaçãodediversasfontesdeenergia,
podeserimportantenaevoluçãodasconstruções,zonasurbanasecidades,visandoumfuturocom
menos emissões de gases de efeito de estufa e com uma independência energética que permita
umagestãomaisinteligenteeeficientedosrecursosenergéticos.
Devido ao elevado preço da eletricidade para o consumidor final, podem existir condições de
poupança interessantes para quem instala as soluções renováveis, podendo assim reduzir a sua
faturaenergéticaanualealteraroparadigmadosedifícioscomoapenasconsumidoresenergéticos.
Metodologia
Para atingir o objetivo proposto, começa-se por analisar a estrutura do sector energético,
explorando os principais dados e estatísticas, de forma a compreender o seu funcionamento e
importância.Aanálisedestetemapretendeclarificardiversostermos,talcomoaenergiaprimáriae
final, e dar a entender a importânciadasdiversas formasdeenergia e a preponderânciade cada
fontenaproduçãoeconsumodeenergia.
Emsegundo lugar, investiga-seo funcionamentodas zonasurbanascomocentrosdeconsumode
energiaepesquisa-seamelhorformadeimplementarasfontesdeenergianessasáreas.Identifica-
seo consumodeenergiano sectordomésticoemLisboaenoPorto,dividindoentre consumode
energiaparaaquecimentodeáguasquentessanitárias(AQS)eenergiaelétrica.
Deseguida,faz-seumapesquisabibliográficasobreasdiferentesfontesrenováveisnomeadamente
a hídrica, a eólica, a solar e a biomassa, de modo a estudar as suas características principais e
aplicabilidade,fazendo-seumlevantamentodasdiversastecnologiasexistentes.
Finalmente, procede-se à construção do modelo de análise de viabilidade, onde se exploram
diferentes opções demix de energia, tendo em conta a possibilidade de instalação de diferentes
tecnologias,eondesefazumaavaliaçãodaviabilidadeeconómicautilizandoummodelodefluxos
de caixa atualizados. Este modelo pode ser aplicado a moradias e edifícios com consumos e
dimensõesdiferentes.
4
Deformaainterpretarmelhorosresultados,efetua-seumaanálisedesensibilidade,ondeseverifica
como se alteramos resultados consoante alterações dos inputs, podendo desta forma discutir as
opçõesexistentes.
1.3. Estruturadatese
Comoresultadodessametodologia,ateseestáestruturadanosseguintessetecapítuloseanexos:
Capítulo1–Introdução
Começa-seporapresentarotemaalvodeestudoeasua importânciageral, introduzindoalgumas
problemáticas de interesse para a dissertação. Define-se a hipótese que se pretende validar e o
objetivo da dissertação, apresentando a metodologia e a estrutura utilizada para alcançar esse
objetivo.
Capítulo2–Osectorenergético:dadoseestatísticas
Nestecapítulo,faz-seumaanálisegeraldosetorenergético,ondesedestacamosprincipaisdadose
estatísticas.Oprinipalobjetivodeste capítuloéoferecer informaçãoorganizadapara simplificar a
compreensão deste setor para o leitor, e permitir construir fundações estáveis para os capítulos
seguintes.
Capítulo3–Energiaemmeiourbano
Oterceirocapítulointroduztemascomoaeficiênciaenergéticaeosvaloresdoconsumodeenergia
emmeiourbano.Assim,épossívelsintetizardadosdeconsumosdeenergiaprimária,salientandoa
proporçãoconsumidaparaaquecimentodeáguasquentessanitárias(AQS)eaproporçãodeenergia
elétrica. Apresenta-se a aplicabilidade de algumas fontes de energia emmeio urbano através de
umaanálisedevantagensedesvantagensefaz-seumlevantamentodaevoluçãofuturadascidades.
Capítulo4–Energiasrenováveis
Este capítulo dedica-se ao estudo das fontes de energia renovável alvo de estudo na presente
dissertação.Estuda-seasdiversastipologiasdecadafontedeenergiaefaz-seumlevantamentodos
principaiscomponentesecustos,assimcomodorendimentodecada fonteequalasuaevolução
futura.Estecapítuloreunedadosrelativosaocustode investimentoedeoperaçãoemanutenção
dasdiferentes fontes, eoferece informação sobreodimensionamentodasdiferentes tecnologias,
dadosestesqueserãoutilizadosnocapítuloseguinte.
5
Capítulo5–Análisedecaso
Apósarecolhadeinformaçãorelevante,procede-seàelaboraçãoetestedomodelo,utilizandoos
dados recolhidos no capítulo 3 e 4.Omodelo é aplicado a umamoradia e a umedifício, para os
quais se simula a incorporação de um mix de tencologias renováveis e avalia-se a poupança
monetáriapotêncialfaceaocenáriodecompradeenergiaàredeelétrica.
Capítulo6–Discussãoderesultados
Nocapítulo6,analisam-seos resultadosprocedendoàanálisedesensibilidadeparacompreender
como se alteram os resultados face a diferenças nos inputs. É feita uma recomendação para
implementaçãodeenergiasrenováveisemmeiourbano,abrindoportasparaestudosfuturos.
Capítulo7-Conclusão
Finalmente, salientam-se as principais conclusões da dissertação e quais os desenvolvimentos
futurosdeformaaestudarmaisdetalhadamentetodosostemas,tendoemvistaaimplementação
detecnologiasrenováveisemmeiourbano.
Anexos
Anexo1–Energia:conceitosrelevantes
Anexo2–Energia:evoluçãoecapacidadesinstaladas
Anexo3–Cálculodaviabilidadeeconómica
6
2. Osectorenergético:dadoseestatísticas
2.1. Contextoehistória
OsectorenergéticomodernonascecomaRevoluçãoIndustrialente1780e1840,devidoàtransição
de processos de produção ineficientes e locais, para processos mais automatizados e de maior
escala,requerendomaioresquantidadesdeenergia.Comapersistênciadocrescimentoeconómico
e do progresso tecnológico, deu-se a Segunda Revolução Industrial entre 1880 e 1920, onde se
iniciouaeletrificaçãodefabricasecidades,criou-seaproduçãoemmassaedesenvolveu-sealinha
deprodução(More,2000).
A forma de energia mais utilizada antes da industrialização era a força manual e a lenha, cujo
objetivoeradesustentaramaioratividadeeconómicadaépoca,aagricultura,esustentaroestilo
devidadesubsistência(Persson,1988);(Galesetal.,2007).
A procura de energia aumentava exponencialmente com a construção de caminhos férreos, de
fábricas para produção metalúrgica e de cidades progressivamente maiores, e a oferta
acompanhavaatravésdacrescenteexploraçãodeminasdecarvão,tornandoocarvãonumafonte
deenergiaprogressivamentemaisimportante(Ferroukhietal.,2014).
A Segunda Revolução Industrial ocorre no final do século 19 e início do século 20, aumentando
exponencialmente o uso de energia, em especial o vapor, proveniente da queima de carvão,
tornandoocarvãonafontedeenergiamaissignificativa(Figura2.1).Aeletricidadeemmaiorescala
foi difundida e as telecomunicações de fonte elétrica tornaram-se uma realidade.Umaespiral de
entusiasmoporinvençõesoriginounovastecnologiaselevouàdescobertadenovasmatérias,entre
asquaisopetróleo,cujautilizaçãocomofontedeenergiaaumentougradualmenteatésubstituiro
carvãocomoprincipalfontedeenergia,nasegundametadedoséculo20(Mokyr,1998).
7
Figura2.1–Consumodeenergiaporfonteem%,entre1800-2008(Roser,2015)
Esta transformaçãomundial foi gerada por uma cadeia de eventos que se autoalimentaram para
criar o sector energético que conhecemos hoje. Avanços tecnológicos permitiram maiores
eficiênciasparaaproduçãodeenergia,maiorquantidadedeenergiaecustosmenoresabriuespaço
paraa industrialização,econsequenteurbanização,eapopulaçãomundialpassouanecessitarde
maiorquantidadedeenergiaparaacompanharosseusnovoshábitos(Roser,2015).Enquantoque
noano1800seconsumiaaproximadamente20GJpercapita,osvaloresaumentaramgradualmente
até ao início do século 20 e posteriormente cresceram drasticamente até ao Século 21 onde se
fixarampertodos70GJanuaispercapita(Figura2.2).
Figura2.2–Evoluçãodoconsumodeenergiaanualpercapitaentre1800e2008porfontedeenergia,emGJ(Roser,2015)
Odesafioatualconsisteemutilizarosrecursosnaturaiscommaioreficiênciademodoamitigaros
efeitosadversosdaexploraçãodefontesdeenergiapoluentese,simultaneamente,integrarfontes
Ano
Biocombustíveis Carvão Petróleo GásNatural Hídrica Nuclear
Consum
oEn
ergéticoMun
dialperCap
ita(G
J)
Ano
Biocombustíveis Carvão Petróleo GásNatural Hídrica NuclearCo
nsum
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Ene
rgiaM
undial
(EJ)
8
renováveisdeenergiaquepermitemreduzirapegadaecológicapercapitaeassim,criarummundo
maissustentávelcomperspetivasfuturasmaisotimistas(MacKay,2009).
2.2. Aspetosfundamentais,indicadoreseestatísticas
Nesta secção analisam-se os diferentes indicadores e estatísticas referentes ao sector energético,
nomeadamente a energia primária e final, a energia elétrica e térmica, as emissões de gases de
efeito de estufa e o aquecimento global. A análise pode abordar três níveis distintos: o sector
energéticomundial,aníveleuropeue,finalmente,Portugal.
2.2.1. Energiaprimária
Para compreender o sector energético é necessário conhecer o seu funcionamento, avaliando a
quantidadedeenergiaexistente, seja anívelmundial, europeuounacional.Aenergiaprimária1é
um termoutilizadoparaquantificar a energia diretamente contida em recursos naturais antes da
suaconversãoparautilizaçãofinal(Ayresetal.,2006).
Mundialmente
Em1973,aenergiaprimáriamundial fornecidaeraequivalentea6000Mtoe,valorqueem2012
ultrapassava os 13 000 Mtoe (Figura 2.3). Observa-se um crescimento de mais de 100%,
demonstrandoaevoluçãodaseconomiasmundiaiscomforteutilizaçãodeenergiaparaaprodução
de bens e prestação de serviços, de modo a satisfazer necessidades da população mundial
crescente.
Afontedeenergiacommaiorpeso,tantoem1973comoem2012,éopetróleocujapredominância
foireduzidade46,1%para31,4%,frutodoaumentodeporçãodaenergiaderivadadocarvão,gás
naturalenuclear(Figura2.3).
1Oconsumodeenergiaprimáriadescreveaquantidadetotaldeenergiaconsumida,somandoaestevalorasperdasocorridasdurantea
geração,transmissãoedistribuiçãodeenergia.Poroutrolado,aproduçãodeenergiaprimáriarepresentaaenergiaproduzida,somandoa
estevalorimportaçõesdeenergiaesubtraindoexportaçõesdeenergia(IEA,2015c).
9
Figura2.3–Energiaprimáriamundialproduzidaporfontedeenergia,em1973e2012,emMtoe(IEA,2014a)
Entre1971e2012,atendênciaéclaraeapontaparaumamaiorexploraçãodetodasasfontesde
energia,emqueaproduçãototalmaisqueduplicanessemesmoperíodo.Destaqueparaodomínio
evidentedas fontesdeenergia fóssil,quecontinuama representar80%daenergia consumida tal
comoacontecianadécadade90(Bank,2014).
Asfontesdeenergianãofósseissãoosbiocombustíveiscom1,337Gtoe,nuclearcom0,641Gtoe,
hídricacom0,321Gtoeeoutrasfontescom0,147Gtoe(Figura2.4).Aenergiaeólicaesolarainda
sãoenergiascompequenarelevânciaparaaenergiaprimária.A transiçãodecombustíveis fósseis
paranãofósseisédemoradaemuitasvezesasmedidasadotadasparapermitirestatransiçãosão
mitigadaspeloelevadocrescimentodaproduçãomundial,sendoassimdifícilreduziraemissãode
poluentestalcomooCO2(IEA,2014a).
Figura2.4–Evoluçãoenergiaprimáriamundialfornecida,entre1971e2012,emMtoe,porfontedeenergia
(IEA,2014a)
Carvão Petróleo GásNatural Nuclear
Hídrica Biocombustíveis Outros
Energia
Prim
ariaMun
dial
Fornecida,M
toe
10
Europa
Naunião europeia a evolução da produção da energia primária ao longo dos últimos 20 anos foi
relativamenteconstante,sematendênciadecrescimentoobservadanopanoramamundial,devido,
por um lado, à estagnação populacional e, por outro lado, devido à fase de desenvolvimento da
economiaEuropeia.Entre1990e2006verifica-seumaligeiratendênciadecrescimentoquelevaa
energiaprimariaproduzidaavalorespróximosde1800Mtoe,umpoucosuperioraoatualvalorde
1644Mtoe.Em1990aproduçãodeenergiaprimáriaerasimilaràde2012,comvaloresaatingirem
os1637Mtoe.
Existeumaclaracorrelaçãoentreaproduçãodeenergiaprimáriaeaevoluçãodaeconomia,sendo
evidenteumaquebranaenergiaprimárianosanosdecrise,entre2008e2012, sendoexpectável
queexistaumaligeirarecuperaçãonosanosseguintes.
A energia hídrica tem importância em alguns países europeus, contudo a sua capacidade está
relativamentesaturadadevidoàexploraçãodos locaismaisrentáveis(IEA,2012), logomanteve-se
constantedesde1990.
Asenergiasrenováveis (excluindoahídricaebiomassa),erampraticamente inexistentesem1990,
contudo, crescerambastante na última década e são hoje uma fonte não negligenciável, embora
representemapenas2,0%dototalem2012(Figura2.5).
Figura2.5-EvoluçãoproduçãodaenergiaprimáriafornecidanaEuropa,entre1990e2012,emMtoe,porfontedeenergia(IEA,2015a)
Carvão Petróleo GásNatural Nuclear Hídrica Biocombustíveis Solar/Eólica/Outros
11
Apesar de não ter existido uma alteração significativa nos valores totais da produção de energia
primária na europa ao longo dos últimos 20 anos, verificam algumas alterações na repartição da
produçãodeenergiaprimária,porfontedeenergia,combastanteinteresse.
Em 1990 o petróleo representava 36,8% da energia primaria produzida enquanto que em 2012
representa 32,1%.Amaior alteraçãoéo carvãoque reduz a suaproporçãode27,7%para 17,7%
desde1990.
Estareduçãoéexplicadaprincipalmentepelamaiorproduçãodegásnatural,quepassoude18%no
iniciodadécadade90parapertode24%em2012etambémpeloaumentodaenergiadebiomassa
eresíduosqueaumentouoseupesode2,7para8,3.Ainstalaçãodecentraisnuclearesemalguns
países, nomeadamente em França e na Alemanha, permitiu que a energia nuclear passasse a
representar14%daenergiaprimariaproduzidaquandorepresentava12,7%em1990.
Portugal
EmPortugal,oconsumototaldeenergiaprimáriacresceumuitosignificativamentedesdeadécada
de70ondeovalorerade7000ktoe, sendoqueovalormaisque triplicouaté2006, situando-se
acimade25000ktoe.Estatendênciadecrescimentoinverteu-seapartirde2006,atingindo21000
ktoeem2012,valorestepróximodaqueleverificadonoanode1995(Figura2.6).
Figura2.6–OfertadeenergiaprimáriaemPortugal,porfontedeenergia,entre1990e2013,emktoe(IEA,2015a)
UmagrandepartedaofertadeenergiaprimáriaemPortugalprovémdopetróleo,tendênciaclara
desdeosanos70emquemaisde70%daenergiaprimáriaeradessa fonte. Em2004,opetróleo
Carvão Petróleo GásNatural Nuclear Hídrica Biocombustíveis Solar/Eólica/Outros
12
representava 58% da oferta de energia primária em Portugal, sendo que em 2013, este valor foi
reduzidopara45%(DGEG,2015a).
O carvão tinha pouco peso na oferta de energia primária até aos anos 80 em que a sua porção
aumentoubastante, chegandoa representar18%nosanos90,emborao seucontributo se tenha
reduzidoao longodosanos.Em2004representava13%,valormuitopróximodos12%verificados
em2012(IEA,2015a).
O gás natural representava 13% do total em 2004, passando para 17% em 2012, causando uma
reduçãonopesodopetróleo(IEA,2015a).
As renováveis representamumquarto do total, sendoque este valor se deveprincipalmente aos
biocombustíveis.Contudo,éumafatiaimportantecomumcrescimentoelevado,vistoqueem2004
era de apenas 14%. Os biocombustíveis são a fonte de energia renovável com maior relevância
enquantoqueaenergiasolareeólica,surgemdeformacadavezmaisacentuadadesde2006.Por
outrolado,aenergiahídricamanteve-seconstanteaolongodosúltimos40anos(IEA,2015a).
Energiafinal
Emboraopetróleocontinueaseraprincipalfontedeconsumodeenergiafinal,representando48%
do total, verificou-se uma quebra no seu peso desde 2004 quando representava 58% do total. A
eletricidade é a segundamaior fonte de consumo de energia final, representando 26% em 2013,
tendotidoumcrescimentode6pontospercentuaisdesde2004.Ogásnaturaléaterceirafontede
energia final consumida representando10%do total em2013, valor superior aos7%de2004.As
fontes renováveisdecresceram ligeiramenteenquantoqueo calor subiupara9%emcomparação
comos6%verificadosem2004(DGEG,2015a).
Emtermosdeconsumoporsectordeatividade,observa-sequeosectordostransportesconsome
36%dototalenquantoquea industriaconsome32%.Osectordomésticoconsome16%enquanto
queosectordeserviçosconsome13%.Apescaeagriculturaapenasrepresentam3%dototal.Estas
proporçõesmantiveram-seconstantesaolongodosúltimos9anos,evidenciandoadificuldadeem
alterar hábitos instalados e sistemas que se encontram implementados há muitos anos (DGEG,
2015a).
O sector doméstico e de serviços representa 16% e 13% do consumo total de energia final
respetivamente. Este valor acumulado de quase 30% apresenta-se como uma oportunidade para
aumentaraporçãodeenergiasrenováveisnoconsumototaldeenergiafinalatravésdautilizaçãode
energiasrenováveisnaszonasurbanas(DGEG,2015a).
13
2.2.2. Energiaelétrica
Aeletricidade representamaisde26%daenergia final total (DGEG,2015a) sendoquea somado
sectordomésticoedodeserviçossomaaproximadamente60%doconsumodeeletricidadetotalna
uniãoeuropeia,comoseobservanafigura2.7.Aindustriaéosectorcommaiorquotadoconsumo
final de eletricidade, enquanto que os transportes e a agricultura representam o restante, com
valoresrelativamentebaixos.Ovalortotalem2010cifrou-seabaixodos3000TWh.
Figura2.7–Evoluçãodoconsumofinaltotaldeeletricidadeentre1990e2010porsectornaUE-27,emTWh
e%(EEA,2012)
Emtermosdeproduçãodeeletricidade,aEuropaapresentaumvalortotalem2014acimade3500
TWh, do qual as energias fósseis representam uma porção bastante elevada de 41%,
complementadocomnuclearquerepresenta24%.Aeletricidadeprovenientedehídricaedeeólica
representa25%dototalnesseano(Eurostat,2016).
Comparativamente à Europa, Portugal apresenta uma distribuição de eletricidade por fonte
bastante distinta, sendo omais evidente a ausência de produção de energia nuclear. As energias
fósseis representam apenas 32% do total enquanto que a eletricidade proveniente de hídrica e
eólicasoma57%.Destaca-seopesodaenergiaelétricaprovenientedebiomassa,com5%dototal,
algoquenãosucedeaníveleuropeu(Eurostat,2016).
Avariaçãodoconsumodeenergiaelétricaao longododia,obrigaaqueasdiferentescentraisde
geração elétrica, com fontes de energia distintas, funcionem em conjunto e articuladas. Os
diagramasdecargademonstramqualaevoluçãodaproduçãodeenergiaelétricaao longododia,
evidenciandoqualafontedeenergiaeasuaprodução(Figura2.8).
Transportes Industria Serviços Habitação Agricultura
14
Figura2.8–Diagramadeconsumototaldeenergiaaolongododia15-08-2015(REN,2015)
Osdiagramasdecargacontêmmuitainformaçãoútileasualeiturapermiteretirarvariadasilações
sobre o funcionamento do sistema elétrico. Por um lado, destaca-se a uniformidade da geração
provenientedecarvão,istodevidoàlentidãodestascentraisareagiremamudançasdeproduçãoe
pelanecessidadedeterumaproduçãomínimaassegurada.Ascentraisagásnaturalfuncionamde
forma mais rápida, permitindo suprimir necessidades crescentes ao longo do dia e compensar
reduçõesdaproduçãodeenergiaeólicaesolar.
Aenergiahídricatemumacomponenteafiodeágua,associadaaocaudalpresentenosrios,eoutra
componente das albufeiras cujo caudal depende das necessidades energéticas imediatas ou da
gestãodoníveldaalbufeira.
15
A PRE 2 (produção em regime especial) ocupa uma parte importante da produção diária,
distinguindo-se do carvão pela sua variabilidade ao longo do dia, devido à energia eólica. A
componente térmicaé constanteao longododiapor razõesanálogasao carvão,enquantoquea
energiasolareeólicatêmgrandevariabilidadeaolongododia.
Em períodos de maior produção de energia comparativamente ao consumo, aproveita-se esse
excesso de produção para bombear água de jusante da barragem para a albufeira, armazenando
assimenergiapotencialparao futuro.Esteprocessoocorreparaaproveitaraenergiaproveniente
defontesrenováveis,devidoàgeraçãoduranteperíodosdemenorconsumo.
Osaldoimportadordeterminaavariaçãodeimportaçõeseexportaçõesaolongododia.Aenergiaé
exportada a preços baixos, sendo Espanhao destinomais comumdevido à proximidade entre os
países.
Opreçodaeletricidadeédeterminanteparaasfamíliasquetêmquepagarafaturanofinaldomês
e é um dado fundamental para avaliar a viabilidade de projetos renováveis. O preço médio da
eletricidadeno sectordomésticoemPortugal foi de0,211€/kWhem2013, umvalor próximoda
média europeia embora ligeiramente acima. Observa-se que o preço médio da eletricidade na
Dinamarca,naAlemanhaeemEspanha,ondeasfontesrenováveistêmmaiorquotanaproduçãode
energia,ésuperioraoportuguês,atingindovalorespróximosdos0,30€/kWhnocasodosprimeiros
doispaíses(DGEG,2015a).
2.2.3. Energiatérmica
Aenergiatérmicaéumaformadeenergiaimportante,quepodeserutilizadaemdiversasáreasda
sociedade.A suautilizaçãopodeserde formadireta, comoporexemplonocasodaenergia solar
térmicaemqueseaqueceáguassanitáriasouenergiadebiomassaparaaquecimentodeespaços,
oudeformaindiretapelageraçãodeenergiacinéticaparageraçãodeeletricidade,comonocasoda
biomassaemqueexistedissipaçãodeenergiatérmica(REN21,2015).
Duranteatransformaçãodeenergiaprimáriaemeletricidade,aproximadamentemetadedaenergia
inicialétransformadaemcalor,causadoperdasenormesnosistemapordissipaçãodestecalor(IEA,
2014b).
2 Considera-se produção em regime especial (PRE) a produção de energia elétrica através derecursos endógenos, renováveis e não
renováveis, de tecnologias de produção combinada de calor e de eletricidade (cogeração) e de produção distribuída. Em2016 inclui:
Biogás,biomassa,cogeração,cogeraçãorenovável,eólica,fotovoltaica,hídrica,ondaseresíduossólidosurbanos.
Retiradodehttp://www.erse.pt/pt/desempenhoambiental/prodregesp/2016/Paginas/2016.aspx
16
A energia térmicaderivaprincipalmentedasperdasdeenergia quando sequeimamcombustíveis
fósseis, para geração de eletricidade. A quantidade de energia que se transforma em energia
térmica durante a geração de energia elétrica, émaior que a quantidade de energia presente no
carvão inicialmente, demonstrando mais uma vez a importância da eficiência energética. Ainda
assim,existemgrandesnecessidadesdeenergiatérmicaparaaquecimentodeespaçoseáguas,logo
é importanteencontrar formasdeaumentar a eficiênciado sistema, sejapor reduçãodasperdas
sob a forma de energia térmica, ou aproveitando a energia térmica gerada para cobrir essas
necessidades(IEA,2014b).
Aenergiatérmicasupremetadedasnecessidadesdeenergiafinalanívelmundial,sendoutilizada
nosectorresidencial,industrial,serviçoseagricultura.Asfontesdeenergiamaisimportantesparaa
térmicasãogásnatural,petróleo,biomassaecarvãodemonstrandoaimportânciadoscombustíveis
fósseis na geração de energia térmica, gerando três quartos dessa energia. A energia térmica é
responsávelporumterçodasemissõesmundiaisdeCO2derivadasdeenergia(IEA,2014b).
2.1.1. Aquecimentoglobal
Um dosmaiores desafios que a humanidade enfrenta é o aquecimento global e os seus efeitos,
nomeadamenteasalteraçõesclimáticas,cujoimpactopodeserdramáticoedevastadorparamuitos
países, em especial para os menos desenvolvidos onde a capacidade de resposta a catástrofes
naturaiséreduzidacomparativamenteaospaísesdesenvolvidos.Aconsciênciadequeénecessário
alteraraformacomoseproduzeconsomeenergiaedarrespostaàsalteraçõesclimáticas levoua
queasNaçõesUnidastenhampromovidoumaconvençãoem1992,aUNFCCC(Convenção-Quadro
dasNaçõesUnidassobreaMudançadoClima).Em1997,oProtocolodeKyoto juntavaasnações
ditas“Desenvolvidas”paraestabelecerumobjetivodeemissõesdegasesdeefeitodeestufa,com
caráctervinculativo,ondeaausênciadosEUAenfraqueceuclaramenteoacordo,levandoaquehoje
esse mesmo acordo apenas cubra 15% das emissões globais. (Centre for Climate and Energy
Solutions,2015).
Nos últimos anos, os acordos estabelecidos em Copenhaga em 2009 e em Cancun em 2010,
instituíram acordos políticos em detrimento dos acordos legais de Kyoto, levando a uma maior
aceitaçãoeparticipação.Aindaassim,osobjetivosdefinidospelospaísesnãocriouosalicercespara
limitaroaquecimentoglobalabaixode2ºCabaixodosníveispré-industriais(CentreforClimateand
EnergySolutions,2015).
17
A COP 19 3 em Varsóvia, incentivou os países a submeterem os seus INDC (Contribuições
Pretendidas,DeterminadasemNívelNacional)ecriouasbasesparaoacordodeParisresultanteda
COP21em2015,detalformaqueàentradaparaaCOP21,já180paísesresponsáveispormaisde
90% das emissões de CO2 e outros gases de efeito de estufa, tinham submetido os seus INDC’s
(CentreforClimateandEnergySolutions,2015)..
OsresultadosdaCOP21emParissãoconhecidoscomooAcordodeParisquefoisubscritopor195
países(CentreforClimateandEnergySolutions,2015),acordoestequefoiassinadomaistardena
sededasNaçõesUnidasnodia22deAbrilde2016.
Ao assinarem, os países reafirmam o objetivo de limitar o aquecimento global a 2ºC acima dos
valores pré-industriais, e impelem a que este limite seja de 1,5ºC. Demodo a atingir o objetivo
proposto,ospaísescomprometem-seapreparar,comunicaremanterosNDC’s,comunicandonovas
metasacada5anos.Outropontoacordadofoiamobilizaçãode$100milmilhõesporanoapartir
de 2020 durante 5 anos para a mitigação das consequências das alterações climáticas, sendo
posteriormente definido um novo valormaior ou igual (Centre for Climate and Energy Solutions,
2015).
Umdosaspetosmaisimportantesdoacordoéofimdabissecçãopaísesdesenvolvidos/paísesem
desenvolvimento, agregando assim os esforços demodo a que sejam globais, em que cada país
contribui com o que considera exequível. Por outro lado, embora os países terão objetivos
diferentes consoante a sua realidade, o seu cumprimento é não-vinculativo, criando algum
pessimismoemredordoacordo(CentreforClimateandEnergySolutions,2015).
2.1.2. Emissõesdegasesdeefeitodeestufa
Desde cedo que o aumento exponencial da população mundial foi identificado por diversos
cientistasepersonalidadescomosendoumgraveproblemacomrepercussõesnofuturo,devidoao
consumoinsustentávelderecursosnaturaisetambémdevidoàinsuportávelemissãodepoluentes,
emespecialosgasesdeefeitodeestufa(GEE).Anaturezaexponencialdoaumentodaconcentração
depoluentes, leva aqueexistamconcentrações a crescer a taxasmais elevadasque apopulação
mundial(Meadowsetal.,1972),criandodiversosproblemasdivulgadosetransmitidosàsociedade,
emespecialnosúltimosanos.
3AConferênciadaONUsobreAlteraçõesClimáticaséoficialmenteconhecidacomoaConferênciadasPartes(ou“COP”)daConvenção-
QuadrodasNaçõesUnidassobreAlteraçõesClimáticas(CQNUAC),queéoórgãodasNaçõesUnidasresponsávelpeloclima
18
A análise da concentração de poluentes na atmosfera demonstra que o setor energético é
responsávelpor69%dasemissões,emqueodióxidodecarbono(CO2)representa90%destevalor,
enquantoqueoutrospoluentescomoometano(CH4)eoóxidonitroso(N2O)contribuemcom9%e
1%respetivamente.
Embora seja interessante analisar a contribuição de outros sectores para a emissão de GEE, é
inevitável a catalogação do sector energético como o mais poluente e maior responsável por
problemascomooaquecimentoglobal.Aindaassim,estima-sequeaagriculturaéresponsávelpor
umterçodoaquecimentoglobal,devidoàemissãodeCH4provenientedeexcrementoanimaleN2O
dosfertilizantes.
Dentro do sector energético é possível identificar o sector da eletricidade e do calor como o
principal, com 42% de proporção do total, o sector dos transportes com 23% e a industria em
terceirocom20%.AsemissõesdeCO2aníveldomesticorepresentam11%dos42%daeletricidadee
calor(Figura2.12).
Figura2.9–EmissõesdeCO2mundial,porsector,em%,em2012(IEA,2014c)
Ocombustívelquemais contribuiparaasemissõesdeCO2éo carvão, comumapercentagemde
44%,enquantoqueopetróleo representa35%eogás20%.As restantes fontesdeenergia,mais
concretamenteasrenováveiseanuclear,representamapenas1%dasemissões(IEA,2014c).
As emissõesper capita dependemnão sódo graudedesenvolvimentoda economia emquestão,
refletindooestilodevidadapopulação,mastambémdasatividadeseconómicasprincipaisedataxa
decrescimentodaeconomia(IEA,2014c).
AsemissõespercapitaanívelmundialsãomenosdeumterçodaquelasqueocorremnaAméricado
NorteenquantoqueaEuropatemaproximadamentemetadedasemissõespercapitadaAméricado
Norte(IEA,2014c).
19
Enquanto os países mais desenvolvidos apresentam valores de emissões decrescentes
comparativamente a 1990, existe um claro contraste em relação aos países em desenvolvimento
quedemonstragrandesaumentos(IEA,2014c).
Em Portugal a situação é similar à da média europeia, situando-se nas 6,9 tCO2 per capita. A
evoluçãorefleteumaumentoprogressivodasemissões,atingindooseupiconoiniciodoséculo20.
Noanosseguintesobserva-seumareduçãoexplicadaprincipalmentepelareduçãodoconsumode
energia e também até um certo grau pelo crescimento das fontes de energia renováveis (DGEG,
2015a).
Contudodevidoàreduçãodaatividadeeconómicaregistadaao longodosúltimosanos,existeum
decréscimo considerável das emissões de CO2, também evidente na evolução do consumo de
energia no país. A existência de uma população estagnada evita aumentos de emissões sendo
importante aproveitar esta oportunidade para tornar o sistema mais eficiente, reduzindo as
emissões per capita, e simultaneamente, aumentar a produção de energia proveniente de fontes
renováveis(DGEG,2015a).
EmPortugalosectorenergéticorepresenta70%dasemissõesdeCO2,umvaloremlinhacomaquele
observadoanívelmundial.Apesardealgunsesforçosparareduzirasemissões,estasseguemuma
tendênciadecrescimentodifícildeabrandar.Desde1950,asemissõespassaramde5paramaisde
30GtCO2.ExisteumfortedebatesobreascausasdesteaumentodeconcentraçãodeCO2esobreas
suasconsequênciasanívelambiental.Ofactoéqueascidadessão locaisdealtas intensidadesde
poluentes, algo que coloca em causa a sustentabilidade das zonas urbanas devido aos efeitos
nocivosparaasaúdedaspessoas(DGEG,2015a).
Apesardeexistiralgumavontadeparareduziraemissãodegasesdeefeitodeestufa,ocrescimento
exponencial da população mundial anula o impacto positivo de tais iniciativas e ações, sendo
necessárioumaatitudemaisdeterminadaporpartedospaísesedaspessoas(WorldCommissionon
EnvironmentandDevelopment,1987).
20
3. Energiaemzonasurbanas
3.1. Eficiênciaenergética
A eficiência energética consiste em fornecer os mesmos serviços utilizando menos energia, ou
fornecermais serviços comamesmaenergia (MacKay, 2009). Tambémpode serdefinida comoa
relação entre a energia utilizável e a energia potencial total existente inicialmente (IEA, 2014b).
Quantomenor for aeficiência,maior as “perdas”, jáqueexisteumaparte importantedaenergia
quesetransforma,normalmenteemcalor,semterousofinalpretendido.Melhoriasdeeficiência
aumentama segurança energética e reduzema dependência energética, pois reduz o consumoe
importaçõesdeenergiaprimáriaparaumamesmaquantidadedeconsumodeenergia.
Durante a transformação de energia primária em eletricidade, metade da energia inicial é
transformada em calor, o que equivale à energia inicial presente no carvão antes da geração de
energiaelétrica.Destaforma,aeficiênciaenergéticaémuitasvezesapelidadade“combustívelnão
explorado”(MacKay,2009),claramentealudindoaoenormepotencialdaeficiênciaenergéticapara
reduziro consumode recursosebaixaraemissãodepoluentes.Oaproveitamentomaiseficiente
dasfontesatuais,poderáserachaveparaalterarospadrõesenergéticosobservadosaolongodos
últimosséculos,permitindoumamaiorpreponderânciadasfontesrenováveis.
As consequências do aumento da eficiência energética são vastas e economicamente vantajosas,
sendoquepodelevaraumvaloreconómicomundialglobaldeUS$300bn,oequivalenteàeconomia
dos EUA, México e Canadá conjunta (MacKay, 2009). Estes benefícios incluem redução de
orçamentos de estado e de empresas, maior proporção de rendimentos disponível para a
população, maior produtividade industrial e redução de impactes ambientais negativos, entre
outros. Sem investimento emmedidas de eficiência, paísesmembros da IEA teriam emitidomais
10.2GtondeCO2entre1990e2015,emqueapenasnoano2014apoupançafoide870Mtonde
CO2(Oecd/IEA,2014).
Desde a segundametade do século 20, existe umamaior consciencialização social em relação à
fragilidadedoplanetaedosecossistemasetambémdaprópriavidahumana.Aeficiênciaenergética
também depende da forma como cada pessoa utiliza os recursos à sua disposição, existindo um
enorme potencial para baixar o consumo per capita através de bons hábitos no dia a dia. Ainda
assim, a consciência global em relação à necessidade de mudanças de hábitos, estilo de vida e
utilização de recursos, encontra-se numa fase de desenvolvimento e crescimento. Devido ao
21
aparentemas enganador atraso entre as ações poluentes e os impactes dessas ações, há alguma
relutânciaemassumirasalteraçõescomportamentaisnecessáriasnoimediato(WorldCommission
onEnvironmentandDevelopment,1987).
Uma ferramenta importante para alcançar os objetivos de eficiência propostos, é a certificação
energética,nãosódeequipamentoseletrodomésticosmastambémdosprópriosedifícios(Pinheiro,
2010).A revisãodadiretivaeuropeiadacertificaçãoenergéticaea legislaçãonacional4temagora
comoobjetivoqueosedifícios(comercializadosouqueentremnomercado)sejamcertificadosaté
2020,contribuindoparaautilizaçãodoquasezerodeenergiacomoreferência,numalógicadecusto
ótimo.
Hoje, os novos edifícios consomemmetade da energia que consumiam no anos 80 (IEA, 2015a).
Aindaassim,existepotencialparaprosseguiresterumodereduçãodeconsumos,nomeadamente
atravésdesoluçõesconstrutivasbioclimáticasoucasaspassivas,eassegurarumapartedaprodução
através de energias renováveis locais, o que posiciona a abordagemda tese como essencial para
estasegundadimensão.
3.2. Consumosdeenergia
Energiaprimária
EmLisboa, consome-seaproximadamente15000GWh, correspondentea6%daenergiaprimária
consumidaemPortugal,emqueaeletricidadeéaprincipalformadeenergiaconsumida,com41%
dototal(E-NovaLisboa,2005).
Osedifícios sãoa tipologiadeutilizaçãomais comum, com46%do total, seguidodos transportes
com 42% e a industria com 10%. O consumo de energia em edifícios divide-se entre edifícios
residenciais, que consomem 35% da energia, e edifícios de serviços, que consomem os restantes
65%.Os primeiros edifícios são responsáveis por 16% do consumo global de energia primária do
concelho de Lisboa e menos de 1% do consumo global nacional enquanto que os segundos
representam30% e 2%do consumo global do concelho de Lisboa e do consumo global nacional,
respetivamente(E-NovaLisboa,2005).
4Decreto-Lein.º118/2013.D.R.n.º159,SérieIde2013-08-20-AprovaoSistemadeCertificaçãoEnergéticadosEdifícios,oRegulamento
deDesempenhoEnergéticodosEdifíciosdeHabitaçãoeoRegulamentodeDesempenhoEnergéticodosEdifíciosdeComércioeServiços,
etranspõeaDiretivan.º2010/31/UE,doParlamentoEuropeuedoConselho,de19demaiode2010,relativaaodesempenhoenergético
dosedifícios
22
Nosedifíciosresidenciais,oconsumodeenergiapodeseragrupadoemduastipologiasprincipaisde
utilização:consumostérmicos,queincluemAQS,aquecimentoambienteepreparaçãoderefeições,
que consomem 57% da energia, e consumos elétricos, que incluem frio domestico, iluminação,
lavagemmecânicaeoutros,consumindoosrestantes43%(Tabela3.1).
De forma simplificada, pode-se dividir os consumos em AQS, que consome 24% da energia, e os
restantesconsumospodemserassumidoscomofornecidosporeletricidade.
Tabela3.1–Consumodeenergiaprimáriapercapitaemcidadesportuguesas
Cidade
Consumo
(kWh/hab)Tipologiaprincipal
ConsumoDoméstico
(kWh/hab,%total)
AQS Pesodaeletricidade
Portugal 29000 -4900
17%- -
Lisboa 28000 Edifíciosserviços4500
16%
1100
24%
3400
76%
Porto 22000 Edifíciosserviços4900
24%
1300
27%
3600
73%
(E-NovaLisboa,2005)
Energiaelétrica
Oconsumode energia elétrica emPortugal aumentou ao longodos últimos 20 anos, atingindoo
máximo em 2010, quando o consumo anual per capita chegou aos 4,780 kWh (Figura 3.1). Nos
últimosanos,oconsumobaixouligeiramente,emespecialdevidoàreduçãodoconsumodoméstico,
devido à forte crise económica sentida no país. A industria é o sector quemais contribui para o
consumodeenergiaelétrica,seguidodosectordomésticoenãodoméstico.A iluminaçãodasvias
públicaseemedifíciosdoestado,assimcomoaagricultura,consomemumapequenapartedototal
(Figura3.1).
23
Figura3.1–ConsumoanualdeenergiaelétricapercapitatotaleportipodeconsumoemPortugal,emkWh(Pordata,2016)
Osectornãodomésticoacabaporterumacomponenteimportantenoconsumodeenergiaelétrica,
sendo este tipo de consumo associado a atividades comerciais, condomínios e ainda algumas
indústriasdepequenadimensão(Figura3.2).
Figura3.2–Consumodeenergiaelétricaportipodeconsumoem2014,em%(Pordata,2016)
Entre 1990 e 2013, a eficiência energética final aumentou 25% na união europeia, uma taxa
anualizada de 1,7%. Estes valores são explicados pela melhoria de eficiência na industria e em
edifíciosresidenciaisenquantoqueostransporteseserviçosapenasmelhoraramligeiramente(EEA
2015).
Nashabitaçõesportuguesas,cozinharconsomeamaiorpartedaenergia,aproximadamente40%do
consumototal.Orestanteconsumoéassociadoaaquecimentodeáguassanitárias,aquecimentode
espaçoseeletricidade,com20%dototalcadacomponente(EEA,2015).Autilizaçãodetecnologia
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Consum
oan
ualpercap
ita,kWh
Ano
Total
Domés�co
Nãodomés�co
Indústria
Agricultura
Iluminaçãodasviaspúblicas
Edi�ciosdoEstado
Domés�co26%
Nãodomés�co26%
Indústria38%
Agricultura2%
Iluminaçãodasviaspúblicas
3%
Edi�ciosdoEstado5%
24
para arrefecimento é menos usada em Portugal que noutros países, principalmente nos países
mediterrânicos.
O consumo por metro quadrado é uma medida utilizada para simplificar o calculo da energia
consumida e usualmente utilizado para cálculos de eficiência energética. Na União Europeia, o
consumo médio para todo o tipo de edifícios foi de 215 kWh/m2.ano, em que os edifícios não
residenciais são emmedia 70%mais intensivos5que os residenciais, com 311 kWh/m2.ano e 184
kWh/m2.anorespetivamente(EEA,2015).
OconsumodeenergiaemPortugalé ligeiramentesuperioraos100kWh/m2.ano,dosmaisbaixos
entre países da UE (Figura 3.3), sendo que o aquecimento de espaços, águas quentes sanitárias
(AQS) e cozinhar representam uma parte importante dessa energia, próximo dos 50% (Oecd/IEA,
2014).
Figura3.3–ConsumodeenergiafinalemedifíciosparaváriospaísesdaUEem2012,emkWh/m2
(Oecd/IEA,2014)
Osconsumosenergéticosnumdeterminadolocaldependem,porumlado,daprocuradeserviçose
produtos por parte da população e, por outro lado, da oferta de serviços e quais as industrias
presentes na zona.As necessidades domesticas temque ser satisfeitas, assim comoas atividades
económicas e industriais, cujo consumo pode sermuito significativo, em especial na presença de
determinadasindustrias,talcomoametalurgia(Figura3.4)(IRENA,2014a).
5Intensidade energética define-se comoo rácio entre o consumo internobruto de energia e o PIB. Avalia o consumode energia por
unidadedeprodução.Retiradodehttps://www.ine.pt
Total AquecimentoEspaços
Serviços
25
Figura3.4–Necessidadestérmicasdediferentesindustrias(IRENA,2014a)
Ascidadesportuguesasapresentam,naturalmente,valoresdeconsumodeenergiadistintosentre
elas,sendoimportantesalientaropesodaeletricidadenoconsumofinaleopesodoaquecimento
deAQS.
3.3. Fornecimentolocaldeenergiasrenováveis
O fornecimento de energia a zonas urbanas depende do transporte e transmissão dessa energia
desdeolocaldeproduçãoatéaolocaldeconsumo.Aproduçãolocaldeenergia,permitereduziras
perdasexistentesnatransmissãodeenergiaeutilizaroespaçourbanoexistenteparaaproveitaros
recursosnaturaisdessaszonas.
Assim, analisa-se a possibilidade de implementar tecnologias em meio urbano, enumerando as
oportunidades e ameaças na Tabela 3.2. Apenas se consideram tecnologias maduras,
comercializadas e existentes no mercado. Conclui-se que as tecnologias mais importantes e
relevantes para geração de energia elétrica, até à data, são a energia solar fotovoltaica em
coberturaseaenergiaeólica.Poderáserpossívelrecorrerafontesdeenergiahídricaemcasosde
existênciaderecursoshídricos.
Para energia térmica, considera-se a energia solar, relevante pela sua elevada maturidade e
funcionamento comprovado. A energia de biomassa é uma fonte interessante com presença em
paísesnórdicos,cujautilizaçãoemPortugalpoderácresceraolongodospróximosanos.
Baixa(<100°C)
Média(100°C–400°C)
Alta(>400°C)
Metalúrgica
Mineraisnãometálico
s
Químicos
PastadePapel
Alimento
seTabaco
26
Tabela3.2–Oportunidadeseameaçasdetecnologiasrenováveisemmeiourbanoàescaladamoradiaedoedifício
Tecnologia Oportunidades Ameaças
Energiaelétrica
SolarFV-Cobertura - Elevadaáreadisponívelparainstalação
- Tecnologiamadura- Tecnologiasilenciosa
- Sombreamentos- Orientaçãodacobertura- Geraçãodesfasadadoconsumo
SolarFV-Fachada - Áreadisponíveladicional- Tecnologiasilenciosa
- Sombreamentoseorientação- Geraçãodesfasadadoconsumo
- Dificuldadedeacesso- Estéticaagressiva
Mini-Eólica - Geraçãodeenergiacomplementaraosolar
- AproveitamentodecoberturasezonasorientadasaNorte
- Poucaáreadecoberturanecessária
- Manutençãoelevada- Fortedependênciadaqualidadedovento
- Baixalongevidade- Ruídoevibrações- Impactevisual
Mini-Hídrica - Tecnologiamadura- Tecnologiasilenciosa- Aproveitamentoderecursos- Impactevisualreduzido
- Recursospoucocomuns- Custofortementedependentedalocalização
- Rendimentovariável
Energiatérmica
Solar - Baixaáreaocupada- Tecnologiamadura- Fiabilidadeconsiderável
- Necessidadedetanquedearmazenamento
- Necessidadedealternativa
Biomassa - Independentederecursosnaturaislocaise.g.ventoesol
- Preçobaixo
- Necessárioespaçoparaoperaçãoearmazenamento
- Operaçãodiáriaousemanal- Necessáriotransportedocombustível
Para energias renováveis, a escala é um fator importante, contudo é precisamente nas zonas
urbanasondeoespaçoémaisescassoeondeexistemaiordificuldadedeinstalaçãodesoluçõesde
maior dimensão, usualmente mais eficientes. Por outro lado, instalações de grande dimensão
implicaminvestimentoselevadoseasuagestãoéusualmentefeitaporempresascomexperienciae
estruturaselevadasdeformaamelhoraraeficiênciaereduzircustos.Assim,écomumaexistência
desse tipo de centrais em zonas próximas de áreas florestais de forma a reduzir o custo de
transportedamatériaorgânica.
27
3.4. Desafios
Energiasolar,eólicaehídricanazonasurbanas
Ascidadessãozonasdeelevadadensidadepopulacional,comelevadapoluiçãoegrandeconsumo
de recursos. Na Europa, 80% da energia consumida está associada a atividades urbanas, sendo
fundamentalencontrarformasdemelhoraraeficiência,comosereferiuanteriormente,gerindoos
recursosdamelhor formapossível demodoaminimizaro impactedas zonasurbanas (Oecd/IEA,
2014).
Éesperadoqueoconsumodeeletricidadeaumente70%até2030,emespecialdevidoaoaumento
da populaçãomundial para 8,2milhares demilhões nessemesmo período, e expansão de zonas
urbanasqueacolherão60%dapopulaçãomundial em2030e70%em2050.As cidades terãode
adaptar-seaestaevoluçãoedevemser tomadasmedidasquemelhoremaeficiênciaegestãode
recursos,demodoaassegurarqueaqualidadedevidanascidadessejaelevada (Ferroukhietal.,
2014).
A implementação de fontes de energia renovável emmeio urbano será progressivamentemaior,
quantomaior for a redução de preços das tecnologias, permitindo rentabilidadesmaiores e, por
outro lado, com o desenvolvimento de novas tecnologias, que permitam instalar soluções mais
fiáveis,simplesdeinstalarecommaiortempodevidaútil.
Quasezerodaenergia
Os edifícios com zero de energia são edifícios onde a quantidade total de energia consumida é
aproximadamente igualàenergiaproduzidaapartirde fontes renováveis.De formaaalcançaros
objetivos2020de zerodeenergianosedifícios, seránecessáriouma forte reduçãode consumos,
através de campanhas de sensibilização das pessoas e simultaneamente através de medidas de
eficiência que permitam aos equipamentos e aos edifícios consumir menos energia. Atualmente
procura-sefixarumlimitedeconsumode50kWh/m2.anoparaedifíciosnovose80kWh/m2.anopara
edifícios existentes, quando em 1961 o consumo era de 350kWh/m2.ano. A expectativa é que
atravésdeconsumosmaisbaixossealcanceoquasezerodeenergiaem2020(EEA,2015).
Neste contexto o conceito de eco-cidades (cidades que procuram bom desempenho ambiental)
surgemcomorespostaaocrescenteconsumodeenergiaemzonasurbanaseconsequenteaumento
deproblemas.Porumlado,oaumentodasnecessidadesenergéticasaumentaoriscodecortesde
eletricidadeepodegerarpobrezaenergéticaemcertaszonasdacidade.Emconsequência,existem
dificuldadesdeacessoaserviçospúblicoseumciclodediscriminaçãoquepodeproduzirproblemas
decriminalidade.Acidadecomomeioadversoedesegregação,criapobrezaeimpedemuitasvezes
28
aspessoasdeaumentaremassuascapacidadeseconómicas,criandoassimumciclodepobreza(IEA,
2014d).
Poroutro lado,oaumentopopulacionaleconsequenteaumentodaprocuraporenergia,obrigaa
quesealteremoshábitoseasatuaisindustriasdemodoamitigarosimpactesnocivosparaasaúde,
emespecialaquelesderivadosdapoluição.
Oconceitodaeco-cidadetemcomoprincipaispilaresaeficiênciaesustentabilidade,incidindosobre
áreasimportantesqueseapresentamnafigura3.5.
Figura3.5–Temasprincipaisdaseco-cidades(Calvilloetal.,2015)
Ageraçãodeenergiapodeserfeitapelaformatradicional,emgrandeescala,ouatravésdegeração
distribuída, onde a geração de energia é feita no local de consumo dispensando a típica rede
energética.Emboraasenergiasrenováveistenhamcadavezmaispesonageraçãoemgrandeescala,
anecessidadederedesdetransmissãodeenergiacausaperdassignificativas,impactevisualelevado
einvestimentosadicionais.Ageraçãodistribuídaofereceresiliênciaaosistemaenergético,permite
um maior aproveitamento de fontes de energia renováveis e permite às pessoas uma maior
independência energética. Deve-se por isso investir em projetos de energia renovável em zonas
urbanas desde que existam condições atmosféricas que garantam uma rentabilidade adequada
(Calvilloetal.,2015).
A transmissão é responsável por perdas de eficiência significativas sendo fundamental criar um
sistema inteligente que permita obter informação em tempo real e implementar tecnologia que
permitaumagestãoeficientedosrecursos(Calvilloetal.,2015).
Os edifícios consomem a maior parte da energia no contexto urbano logo, é fundamental
implementarmedidasdeotimizaçãodeoperaçãoemanutenção,reduzindoaenergiaconsumidaaté
30%, semque seja necessário alterar a estrutura do edifício (Calvillo et al., 2015). A transição de
edifícios consumidores passivos de energia, para peças ativas do sistema energético, deve ser
implementadademodoaaproveitarosrecursosexistentesaomáximo.
Geração Armazenamento Transmissão Edifícios Transporte
Eco-cidade
29
O sector dos transportes é um forte poluente no contexto urbano, tanto a nível de emissões de
gasescomotambémpeloelevadoruídoquecausam.Asinfraestruturasassociadasaostransportes
têmcomoobjetivoreduzirdistânciaseconectarpessoasebens,contudo,podecriarbarreirasfísicas
que tornam zonas das cidades isoladas em termos sociais.Os transportes públicos têmumpapel
fundamental no aumento de eficiência do sistema enquanto que a utilização de tecnologias
renováveisenãopoluentesmelhoramascondiçõesdevidadentrodascidades(Calvilloetal.,2015).
Armazenamento
Tendo em conta as alterações na geração de energia, o armazenamento tem uma função
fundamentalpoispermiteutilizarenergiageradaquandoelaénecessária.Asbateriasquímicassãoa
forma mais comum de armazenamento de energia elétrica, utilizadas há bastantes anos para
equipamentoseletrónicos.Este tipode tecnologia tem limitaçõesevidentesaníveldevoltageme
corrente, assim como um preço bastante elevado e baixa eficiência, contudo, nos últimos anos
tornou-semaisrelevanteatravésdeI&DeosurgimentodenovasbateriascomoaTeslaPowerwal6.
AformadearmazenamentodeenergiamaisbarataporkWhatéaomomento,éoarmazenamento
deenergiapotencialemalbufeiras(IRENA,2014b).
3.5. Emsíntese
As zonas urbanas vão aumentar a nível nacional e internacional e são responsáveis por uma
importantepartedoconsumoenergético,quenahabitaçãoanívelnacionalrondamos5MWhper
capitaano.Aprocuradeeficiênciaefornecimentolocaldeenergia,preferencialmenterenovável,é
essencialsendoessencialdeterminaromixviável.
6A tesla powerwall é uma bateria para armazenamento de energia gerada localmente para uso posterior. Encontra-se em fase de
desenvolvimento,comcomercializaçãoprevistaaindaem2016,sendoexpectávelquecusteaproximadamente$3500USD.Acapacidade
esperadaéde6,4kWhporbateria,podendoutilizaraté9bateriasemsérie,emqueadimensãodecadabateriapermiteasuainstalação
numaparede.https://www.teslamotors.com/en_EU/powerwall?redirect=no
30
4. Energiasrenováveis
4.1. Contextualização
Asenergias renováveisaproveitamaenergiapresenteemrecursosnaturais, talcomonaágua,no
vento, no sol e emmatéria orgânica, para gerar energia elétricaou térmicaparautilizar paraum
determinadofim.Nopassado,estesrecursosnaturaisforamdeterminantesparaalgumasindustrias
e sectores, nomeadamente a energia hídrica e a energia do vento, utilizadas principalmentepara
moer cereais e para a industria têxtil, enquanto que a energia de biomassa era utilizada para
cozinhareparaaquecimento.
Aolongodoséculo20,oscombustíveisfósseistornaram-sedeimportânciacolossalparaaeconomia
mundial,levandomuitospaísesadependerfortementedestafontedeenergia.Oinconvenienteda
exploraçãodestasfontesdeenergia,éaemissãodegasesdeefeitodeestufa,asuaescassezeasua
elevadaproduçãoemzonasdeconflito.
Comparativamenteàsfontesdeenergiafóssil,asrenováveisfuncionamduranteperíodosincertose
variáveis,devidoà variabilidadedas condiçõesatmosféricas, resultandonumnúmerodehorasde
funcionamentoàcargamáximainferior(Figura4.1).Contudo,nãoemitemgasesdeefeitodeestufa
e permitem, a alguns países, aumentar a sua independência energética. Os seus impactes
ambientaissãodepequenamagnitudeeapenasàescalalocal,talcomoapoluiçãosonoraevisuale
operigoparapássarosemorcegos.
Ofatordecargaéumindicadordonúmerodehorasdefuncionamentoemcargamáximadeuma
dadafontedeenergiarelativoaonúmerototaldehorasanual.Éumamedidaentreaproduçãode
energiamédiaeaproduçãodepico.
Figura4.1–Númerohorasanualdegeraçãodeenergiaemcargamáxima(fatordecarga)paradiferentesfontesdeenergianosuldaEuropa
(IEA,2015a)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
NuclearCarvão
GásNaturalHídricaEólicaSolar
NºHorasAnuais
31
4.2. Energiahídrica
4.2.1. Tipologias
A energia hídrica é a fonte de energia renovável com maior capacidade instalada, devido à sua
elevada competitividade, causadapormais demeio século de implementação.A nívelmundial, a
evolução da capacidade instalada ao longo dos últimos 15 anos, demonstra um crescimento
contínuo, tendo uma capacidade instalada próxima dos 1,2TW (IRENA, 2015b). Em seguida,
apresentam-seasdiferentesformasdeaproveitamentodeenergiahídrica.
Albufeiras
Atecnologiamaiscomuméascentraishídricasdealbufeira,quearmazenamáguaparageraçãode
energia elétrica, podendo ou não incluir um sistema de bombagem para reabastecer a albufeira
desdejusantedabarragem.Aenergiahídricadealbufeiratemdiversosbenefíciosassociados,sendo
utilizada não só para a geração de energia elétrica, mas também para adução de água potável,
controlode cheiase secas, navegaçãoe lazer, combatea incêndiose aindaparaagricultura (IHA,
2015).
Fiodeágua
Ascentraisafiodeáguasãoumtipodetecnologiamenosutilizadoqueproduzenergiaconsoanteo
caudal no momento de produção. As centrais de albufeira podem produzir energia a qualquer
momento, desde que exista um nível de água suficiente, enquanto que as centrais a fio de água
dependemdocaudalexistentenomomentodeproduçãodeenergia.Estetipodetecnologiapode
incluirumpequenoreservatório(pondage)paracontrolosdecaudalinterhoráriosouinterdiários,de
formaacontrolaromomentodegeraçãodeenergia(IRENA,2014b).
Tubagens
Recentemente,ainvestigaçãodoaproveitamentodeenergiahídricadasredesdeaduçãoederega,
utilizandomicroturbinas,temcrescidosubstancialmente.Asválvulasredutorasdepressãoexistem
nos sistemas hidráulicos para regular a pressão a jusante das mesmas, podendo ser reguladas
mecanicamente ou eletronicamente de forma a permitir uma gestãomais eficiente dos níveis de
serviço das redes (Ramos et al., 2004). Estas válvulas induzem uma perda de carga de forma a
reduzir a pressão a jusante das mesmas evitando a ocorrência de roturas, e portanto diminui a
necessidade de intervenções de reparação na rede, e por outro lado reduz as perdas de água na
redededistribuição (Carravettaetal.,2013).A regulaçãodepressão induzumaperdadeenergia
quepodeseraproveitadapormicroturbinasouporbombasafuncionarcomoturbinas(Fecarottaet
al.,2014).
32
Estudosapontamparaumpotencialdeproduçãodeenergiadeaté40kWh/diaparacadamáquina,
com rendimentos que podem chegar aos 45%. Estes valores dependem da altura de água e do
caudal,variandobastanteconsoanteotroçodetubagememqueamáquinaseencontra instalada
(Fecarottaetal.,2014).
Produçãoepotências
Deformageral,ascentraishídricaspodemsercategorizadasconsoanteasuapotência(PER,2015):
§ Hidroelétricadegrandedimensão:potênciasuperiora10MW
§ Hidrelétricadepequenadimensão:Potênciaentre500kWe10MW
§ Minihídrica:potênciaentre100kWe500kW
§ Microhídrica:potênciainferiora100kW
Ascentraiscommaiorpotenciacostumamter ligaçãoàredecentralizadade formaagarantirque
existeprocurasuficienteparaagrandequantidadedeenergiaproduzida,enquantoqueascentrais
maispequenascostumamfuncionarsemligaçãoàrede,usualmenteemzonasrurais(IRENA,2015a).
4.2.2. Dimensionamento
Osprincipaisinputsparadimensionarumprojetodehídricasão(Castro,2003):
A. Queda,H(m)
Aquedadaalturadeáguaéumdosfatoresfundamentaisnodimensionamentodecentrais
hídricaspois representa a energiapotencial que será transformadaemenergia cinética, e
consequentementeemenergiaelétrica.
AalturadequedabrutaHb,éadiferençaentraaalturadetomadadecargaeaalturano
pontoderestituição.
AalturadequedabrutamáximaHb,max,éadiferençamáximaentreaalturadetomadade
cargamáximaeaalturanopontoderestituição.
AalturadequedaútilHu,éadiferençaentreaalturadequedabrutaeaalturaequivalentea
todasasperdashidráulicas.
B. Caudal,Q(m3/s)
O caudal depende da área da bacia, do tipo de cobertura vegetal (ou uso do solo) e da
intensidadedaprecipitação.
C. Velocidadeágua,v(m/s)
D. Áreaturbinada,A(m2)
33
Para uma central hídrica com albufeira, a potência depende do caudal, da queda e ainda do
rendimento do sistema, demodo a ter em conta as perdas existentes durante todo o processo.
Assimépossívelutilizaraseguinteexpressãodemodoadeterminarapotêncianecessária:
𝑃=η×𝜌×𝑔×H×𝑄 (3.1)
Poroutrolado,nocasodeumacentralafio-de-água,odimensionamentodependedavelocidadeda
águaedaáreavarridapelaturbina.
𝑃=0,5xη×𝜌×Axv3 (3.2)
Aenergiaproduzidadependedonumerodehorasdefuncionamentodaturbina, logodependedo
caudalesuaduraçãoedaestratégiadegestãodosistema.
E=PxFCxht (3.3)
emque𝜌= 1000 kg/m3 ; 𝑔=9,81 m/s2 ;
η–Rendimentodaturbina
FC − Fator de Carga = ! !!
P–Potência(kW)
ht–Númerodehorasanuaistotais
Tabela4.1–Rendimentoefatordecargadastipologiashídricas
TipologiaRendimento–η
[%]
Fatordecarga–FC
[h(%)]
Grande 40–90 3500(40%)
PequenaseMini 75–90 3500(40%)
Micro 40–80 3500(40%)
Adaptadode(IEA,2012);(IEA,2015a)
4.2.3. Custos
Oscustosdumainstalaçãohídricasãobemconhecidospelavastaexperiênciaacumuladaao longo
dosanos,podendoseragrupadosemduascategoriasgenéricasprincipais:Capex(custosdecapital)
eOpex(custosdeoperação).
Capex inclui, de forma genérica, os seguintes custos (Cunha e Ferreira, 2013): Construção de
infraestruturas, equipamento hidromecânico, equipamento eletromecânico, instalações elétricas,
34
equipamento auxiliar, linha de interligação, terrenos, estudos e projeto, auditoria e consultoria,
licenças.
Opex inclui (Cunha e Ferreira, 2013): Administrativos, operação e manutenção, seguros,
contingências,impostoslocais.
Nashidrelétricaso investimentoinicialdepende,acimadetudo,dotrabalhosdeconstruçãocivile
docustodosequipamentos,representandoentre75e90%doscustodeinvestimentototal(IRENA,
2014b).
O custo dum projeto de hídrica é bastante variável consoante a localização do projeto contudo,
numaprimeiraaproximaçãoenaausênciadedadosconcretosdolocaldeaplicação,apresentam-se
custosmédiosindicativosnaTabela4.2.
Tabela4.2–Custosdeprojetoshídricos Custo
investimento(€/kW)
O&M(%custo
investimento)
LCOE(€/kWh)
Grande 1880 2% 0,08
Pequena 2500 3% 0,10
Adaptadode(ESHA,2012);(ESHA,2012);(KempenereNeumann,2014);(GeoscienceAustralia,
2015)
Os projetos de hídrica têm tempos de vida variáveis sendo possível atingir mais de 50 anos
(EuropeanCommission,2013)existindotambémprojetosemoperaçãohámaisde80anos(IRENA,
2014b). Ainda assim, durante a análise de viabilidade, é habitual considerar 30 anos de vida útil,
sendo a análise bastante conservadora no caso de projetos com elevada durabilidade (IRENA,
2014b).
4.2.4. Perspetivasfuturas
O futuro da energia hídrica será de crescimento devido à crescente procura de energia elétrica a
nívelmundial,eabuscaurgenteporenergiasrenováveis.Porumlado,opotencialporexplorarde
energiahídricaeporoutroasuaelevadaeficiência,criaascondiçõesparaocrescimentodestafonte
deenergia.
Emboraexistamprojetosdeenergiahídricahámaisde50anos,existeaindaumgrandepotencial
hídrico por explorar a nível mundial. Destaque para a europa cujo potencial técnico ainda por
35
explorar éde47%,umvalor altomesmo sendoa região compotencial técnicopor explorarmais
baixo(IEA,2012).
DevidoàsfracascondiçõesdetransmissãodeenergiaelétricadesdePortugalparaoutrospaíses,é
fundamental armazenar o excesso de energia elétrica produzida. O armazenamento de água em
reservatórios, utilizando o excesso de energia gerada, para bombear água desde jusante da
barragemparamontante,constituiuma formadearmazenamentodeenergia interessantedevido
ao baixo custo (IRENA, 2014b). Assim, é expectável que Portugal aumente a sua capacidade
instaladadehídricacomsistemadebombagem.Em2012,dos2000MWemconstrução,1400MW
eram com sistema de armazenamento bombeado. É expectável que a capacidade instalada de
energiahídricadupliqueaté2020equeacapacidadedearmazenamentobombeadoquadruplique
nessemesmotempo(IEA,2012).
Comasalterações legislativasamini-hídricaencontra-seestagnadaemPortugal, sendonecessário
aguardar novos desenvolvimentos para projetar o futuro. Sem apoios, esta fonte de energia
apresentariscosconsideráveis(ESHA,2012).Aindaassim,segundo(Liuetal.,2013)opotencialde
pequenahídricaéde750MW,sendoqueacapacidadeinstaladaatualmenteéde450MW.
Embora não se insira diretamente na categoria de energia hídrica7, existe ainda energiamarítima
que utiliza a energia das marés, das correntes ou das ondas para produção de energia elétrica
contudo, este tipo de tecnologia é ainda pouco utilizada devido aos elevados riscos associados.
Emboraopotencialenergéticomundialsejade1200TWh/anoparaenergiademarésede29500
TWh/ano para energia de ondas (Geoscience Australia, 2015), atualmente a capacidade instalada
situa-seno0,5GW(Tabela4.3).
Tabela4.3–Evoluçãodapotênciainstaladadeenergiamarítima,emMW
PotênciaInstalada(MW)
2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014EnergiaMarítima 265 265 266 266 269 271 526 533 533 534
Adaptadode(IRENA,2015b)
4.3. Energiaeólica
4.3.1. Tipologias
A energia produzida a partir de fontes renováveis contribui para a geração de energia elétrica
nacional, representando 57% da energia consumida. Embora seja a energia hídrica a fonte de
7Algunsautoresconsideramaenergiamarítimacomoenergiahídricaoffshorecontudo,émaiscomumanomenclaturaenergiamarítima.
36
energiarenovávelcommaiorcontribuiçãoparaototal,aenergiaeólicaatingiuumvalorde27%de
quotadentrodasrenováveis.Em2013,aenergiaeólicaatingiuumapenetraçãoinstantâneade90%
daenergiaelétricaconsumidae69%depenetraçãonofinaldessedia.Apesardaelevadasolicitação,
o sistemanão tevequalquerproblema técnico, conseguindo responder comelevada competência
(LNEG 2013). Assiste-se a uma evolução significativa quer da potência das turbinas como da
dimensãodasmesmas(figura4.2).
Figura4.2–Evoluçãodadimensãoepotênciadasturbinasentre1980e2010(IEA,2013a)
Em Portugal, a industria eólica oferece aproximadamente um total de 3 200 empregos,
representandoumareceitabrutade1170milhõesEURepermitiu,até2013,poupar4,3milhõesde
toneladasdeCO2(LNEG2013).
Aenergiaeólicapodeserdivididaemdoistipos:eólicaonshoreconsisteemprojetosemterraeéa
formamaiscomumdeprojetoseólicos;eólicaoffshoreconsisteemprojetosnomar,commaiores
custos associados, mas com melhor qualidade de vento. Existe ainda a possibilidade de instalar
turbinas de pequena dimensão, desenvolvida para ser aplicada à escala local, como em zonas
urbanas.
Eólicaonshore
Aenergiaeólicaonshoreéhojeumafontedeenergiaimportante,contribuindoparaocrescimento
das energias renováveis a nível mundial. A evolução da energia eólica deve-se principalmente à
Pesquisa e Desenvolvimento decorrente desde os anos 70 até aos dias de hoje, concentrando-se
principalmente,emquestõestecnológicas,talcomoamodelaçãodaqualidadedoventoemlocais
AlturaGerad
or(m
)
Diâmetro(m)
Potência(kW)
37
específicos,modelação da aerodinâmica das turbinas e desenvolvimento emelhoria demateriais
(IEA,2013a).
Eólicaoffshore
Aenergiaeólicaoffshoredesenvolveu-sedevidoà identificaçãodeventodemelhorqualidadeem
zonas afastadas da costa. A Dinamarca foi o primeiro país a apostar nesta solução e é hoje o
segundopaíscommaiorcapacidadeinstalada,apenassuperadapeloReinoUnido.ÉnaEuropaque
existea grandepartedosprojetoseólicosoffshore contudo,emPortugal,oelevado investimento
necessário impediu que se crescesse neste tipo de tecnologia, sendo que a grande parte dos
projetosselocalizanoMardoNorteondeaqualidadedoventoémaiselevadaeondeexistemaior
capacidadedeinvestimento(EWEA,2015).
Mini-eólica
Umaoutratecnologiaeólicaexistentenomercadosãoasmicroturbinasqueexistemháváriosanos,
utilizadas para produção de energia emmenor escala. Ainda assim, a sua utilização foi até hoje
limitadaporbaixaseficiênciasepelainexistênciadeestudosprecisossobreaqualidadedoventoem
zonasurbanas(Grieser,Sunak,&Madlener,2015).
4.3.2. Dimensionamento
Osprincipaiselementosdasturbinaseólicassão:
o Base:ofereceestabilidadeàestruturademodoaresistiràforçadoventoerestantesforças;
o Torre:permitequeaturbinaestejaaaltitudeselevadasondeoventotemmelhorqualidade;
o Turbinaeólica:disposiçãodaspásdomoinhogeraenergiacinética,atravésdarotaçãodas
mesmas,posteriormentetransformadaemenergiaelétrica;
A evolução tecnológica tem sido determinante para a comercialização deste tipo de projetos,
permitindoreduçõesdepreçosnaDinamarcade55%entre1980e2000ede65%nosEUAparao
mesmoperíodo(Nielsenetal.,2010).Aevoluçãonadimensãoeaerodinâmicadaspásdasturbinas
edaalturadatorrepermitiuchegaràsturbinasconhecidashoje.
Recentementeaevolução incideem: i)aumentaraalturadastorres,poisquantomaioraalturaa
queseencontraaturbina,melhoraqualidadedovento(ie.Menosturbulência,maiorconsistênciae
maiorvelocidade);ii)aumentarasturbinasdemodoaaumentaraproduçãoe,consequentementea
eficiência;iii)desenvolvercomponentesquepermitamaumentaraeficiência,comoporexemploo
38
vortex, um elemento passivo que melhora o comportamento aerodinâmico das turbinas,
aumentandoaproduçãoanual;iv)estudoeexploraçãodelocaisatéhojeinviáveisondeoventotem
melhorqualidade(comoporexemplooffshore)ev)reduzirperdasatravésdautilizaçãodemateriais
demelhorqualidade,comoporexemplonatransmissão.
Aenergiaoffshoretemevoluídodeformaaaumentaradistânciadosparquesàcostaeaumentara
profundidadeaqueestãoasfundações.Apresentam-seosdiversostiposdefundaçãonaFigura4.3,
em que o tipo de fundação mais utilizado, em 75% dos casos, é o Monopile devido à sua
simplicidade e custo reduzido. Para profundidades menores (<30m) utiliza-se a fundação tipo
Gravity-based, uma solução simples e relativamente fácil de produzir, enquanto que para
profundidadesmaiselevadas(<50m)utiliza-seafundaçãotipoJacketdevidoaoseupesoreduzidoe
elevadarigidez.Paraprofundidadesaindamaiselevadas,encontra-seemdesenvolvimentopelaEDP
InovaçãoemparceriacomaEDPRumafundaçãoflutuantecomancoragemdenominadawindfloat,
quepermitiráatingirprofundidadessuperioresa40m.Aindaassim,agrandemaioriadosprojetos
encontra-sea30kmdacostaea20mdeprofundidade(EWEA,2015).
Figura4.3–Tipodefundaçõesdeeólicaoffshore(EWEA,2015)
Outradiferençaentre a eólicaonshore eoffshore é adimensãodas turbinas edos componentes.
Enquanto que paraonshore se utilizam turbinas com120mde diâmetro e 2MWde potência, as
turbinasoffshoreatingemdiâmetrosepotênciassuperiores.
Para o dimensionamento das turbinas é fundamental avaliar a qualidade do vento no local,
normalmente instalando uma torre para medição da velocidade e direção do vento. Este
procedimentopermiteobterinformaçãosobreavelocidadedoventoaolongodoano,assimcomo
onúmerodehorasdecondiçõesadequadasparageraçãodeenergia,e,consequentemente,ofator
decarga.Asseguintesfórmulassãofornecidaspor(Grogg,2005):
P=!!ρAv3η (3.4)
η=4a(1–a)2 (3.5)
a=(U–U1)/U (3.6)
Monopile Gravity-based Tripod Jacket Tri-pile
39
E=0.01328D2U3 (3.7)
E=PxFCxht (3.8)
E-GeraçãodeEnergiaAnual(kWh)
D–Diâmetrodaspásdaturbina(m)
U–Velocidadeanualmédia(m/s)
U1–Velocidadereduzidanaspásdaturbinadevidoadiferençasdepressão
FC − Fator de Carga = ! !!
P–Potência(kW)
ht–Númerodehorasanuaistotais
Tabela4.4–Rendimentoefatordecargadastipologiaseólicas
TipologiaRendimento8–η
[%]
Fatordecarga–FC
[h(%)]
Onshore 60% 2600(30%)
Offshore 60% 3500(40%)
PequenaEólica 60% 1700(20%)
Adaptadode(EWEA,2009);(IRENA,2014b);(IEA,2015);(IRENA,2012);(Grogg,2005)
Osprojetoseólicosonshore podem ter restriçõesdeproduçãodevidoaquestões ambientais, por
afetaremavesemorcegos,ouporquestõesderuídodevidoàproximidadeazonasurbanas,sendo
necessáriorealizartestesnointerioreexteriordosedifíciosparadefinir,senecessário,medidasde
reduçãoderuídoeatéparagensdeprodução.
Nocasodas instalaçõesemcobertura,énecessárioavaliar seopesoevibraçõesprovenientesda
turbinaetorre,sãocompatíveiscomoedifícioemquestão.Abasedeveserdimensionadademodo
apermitirainstalação.
8Orendimentomáximodeumaturbinaeólicaatingeos60%sendoestevalorafectadoprincipalmentepelavelocidadedovento.Ainda
assim,aexistênciadepoeriaeodesgastedaspás,levaaqueestevalorsejareduzidoaolongodotempo(Grogg,2005).
40
4.3.3. Custos
Os custos da energia eólica são função dos seguintes fatores: i) tecnologia; ii) disponibilidade e
qualidadedovento;iii)custodainstalação,iv)evoluçãotecnológicav)subsídiosgovernamentais.O
primeiro fator é fundamental, em especial para a escolha da localização das turbinas eólicas, e é
compostapor3 características fundamentaisdovento:a velocidade, consistênciadavelocidadee
consistência da direcção (Valentine, 2011). Estas características podem ser modeladas e são
relativamenteeficazestendoemcontaavastaexperienciaexistentenoramo,adquiridaaolongode
4décadasdeinvestigaçãoeimplementaçãodeprojetos(Schwabeetal.,2011).
Os custos de umprojeto eólico podem ser definidos emduas categorias principais.O capex, que
significadespesasdecapitalduranteosestudoseinstalação,eoopex,oudespesasoperacionais.
Capex:Turbina,BoP(trabalhosdeconstruçãoeelétricos),torres,subestação,linhadealtavoltagem,
transformadoresecontingências.
Opex:Administrativos,operaçãoemanutenção,seguros,contingências,impostoslocais.
Oscustosmaisimportantesnumprojetodeenergiaeólicasão:i)aturbina,querepresenta64-84%
doinvestimentoemonshoree30-50%emoffshore, ii)Ligaçãoàrede,querepresenta9-14%e15-
30%no casodeeólicaonshore eoffshore, respetivamente, iii) construção civil, que representa 4-
10%e15-25%paraonshoreeoffshorerespetivamente(IRENA,2014b).
Emtermosdeopex,ocustoéfortementedependentedalocalizaçãodoprojetoedequalaempresa
fornecedoradeturbinas,dependendodocontratoexistenteparaO&M.
Ocustocontinuaaserofatordeterminantenadecisãodeinvestimentoemmicroturbinas,sendoos
custosmuitovariáveisdepaísparapaís.Em2011nosEUAocustodeinstalaçãodumamicroturbina
variava ente 2 307 to 4 604 EUR/kW enquanto que na China, no mesmo ano, o custo era
aproximadamente 1 230 EUR/kW. Esta discrepância de preços torna o negocio difícil para
manufatoresdemicroturbinas(IRENA,2012).
Tabela4.5–Custosdeprojetoseólicos Custo
investimento(€/kW)
O&M(%Custo
investimento)
LCOE(€/kWh)
Onshore 1350 1,5% 0,09
Offshore 3500 2,5% 0,17
PequenaEólica
3300 2,5% 0,15-0,35
Adaptadode(EWEA,2009);(IRENA,2014b);(IEA,2015);(IRENA,2012)
41
4.3.4. Perspetivasfuturas
Aenergiaeólicaéumadasfontesdeenergiacommaiorexpectativasdecrescimentonospróximos
anos,sendoexpectávelqueoscustosassociadosàsuaexploraçãocontinuemabaixar,emespecial
para locais com fracas condições de vento, nomeadamente aqueles com velocidades do vento
abaixo de 8 m/s (Wiser, 2013). A nível mundial existe uma enorme expectativa em relação ao
crescimentodaenergia eólica, esperando-seumcrescimentoanualde5,8%entre2010-2040,um
valorbastanteelevadotendoemcontaquepartedeumvalordebaseelevado,emcomparaçãocom
aenergiasolarquetemumcrescimentoesperadode9,1%anualparaomesmoperíodo,contudo
partindodumacapacidadeinstaladabasemaisbaixa(Tabela4.6).
Tabela4.6–Crescimentoesperadodaproduçãoelétricaporfontedeenergiaentre2010-2040 Crescimento
médioanual 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 Hídrica 3402 3805 4452 4762 5177 5692 6232 2,0%Eólica 342 767 1136 1383 1544 1694 1839 5,8%Geotérmica 66 112 133 146 171 195 220 4,1%Solar 34 157 240 288 327 394 452 9,0%Outras 332 427 549 643 729 800 858 3,2%TotalMundial 4176 5268 6510 7222 7948 8775 9601 2,8%
(IEA,2013b)
Osplanoseuropeuspara2020previamumcrescimentodacapacidade instaladadeenergiaeólica
até 6 875MW, sendo que os novos objetivos, reajustados, preveemuma capacidade instalada de
5300MWno final de 2020.As previsões esperamquedeste total apenasumapartemuitopouco
significante provenha demicroturbinas, algo que demonstra a sua aplicabilidade e escala (EWEA,
2015).
Aenergiaeólicaoffshore continuaráacrescerao longodospróximosanos,ultrapassandoaeólica
onshore,anívelde investimento,apartirde2020(Figura4.4).Emboraoscustossejamfunçãodo
preço das matérias primas, é expectável que existam ganhos de eficiência através de melhorias
tecnológicas, permitindo reduções de custos, algo que será tanto mais provável quanto maior o
investimento(EWEA,2009).
42
Figura4.4–Evoluçãoeprevisãodoinvestimentoanualemonshoreeoffshoreaté2030emmilhõesdeeuros(EWEA,2009)
Apesardasdificuldadesqueaindase farãosentirnopercursoqueasmicroturbinas têma fazer,é
previstoumcrescimentoelevadonestetipodesoluções.Aconfiançadequeexistirãomelhoriasde
eficiênciacomimpactodiretonoscustoseaindaumaumentodeincentivosgovernamentais,levaa
previsõesdequeem2020acapacidadeinstaladaatinjaos3000MW,oquesignificariaumaumento
de 400% em relação à capacidade instalada atual. Para atingir este crescimento, será necessário
tomarmedidasquepermitamumamaioruniformidadedecustos,eincentivosquecriamcondições
paraaumentarainvestigaçãoedesenvolvimento(Grieseretal.,2015).
Um ponto crucial para as microturbinas, é a transparência da certificação das mesmas, pois a
maioria dos dados sobre o funcionamento destas turbinas resultamde simulação semque exista
umagarantiadequeosresultadosreaisserãosimilares(Mithraratne,2009).
4.4. Energiasolartérmica
4.4.1. Tipologias
Os sistemas solares térmicos convertem a energia solar em calor utilizando um fluido para
transferênciadessaenergia,usualmenteágua,arououtroespecificamentedesenvolvidoparaeste
processo.
Anívelmundial,apenas1,2%daenergiatérmicaconsumidanosedifícioséfornecidaporcoletores
solares (IRENA, 2015c), utilizados em94%dos casospara aquecimentode águas sanitárias (AQS),
usualmenteemsistemasdepequenaescalaparamoradiasunifamiliares,mastambémparaescolas,
edifíciosehotéis(MauthnereWeiss,2015).
InvestimentosOnshore
InvestimentosOffshore
43
Os coletores solares podem ser de diversos tipos sendomais comum os planos e os de tubo de
vácuo (IRENA, 2015c). O primeiro é composto por tubos localizados dentro duma caixa isolada,
revestidacomummaterialabsorvedordecorescura,quetransportamfluidodesdeocoletorpara
um tanque de armazenamento. Este tipo de coletores representa 22% do mercado mundial
contudo,naEuropa,sãoresponsáveispor84%domercado(IRENA,2015c).
Osegundotipodecoletorutilizatubosdevidrorodeadosdevácuo,dispostosemparalelo,quetêm
no seu interior uma tubagem de calor ou outro tipo de absorvedor. Desta forma existemmenos
perdasdecalorparaoexterior,sendoporissoidealempaísescomtemperaturasmaisbaixas.Este
tipodecoletoréomaisutilizadoatualmenterepresentando71%domercadomundial,emborana
Europaapenastenhamumpesode11%(IRENA,2015c).
Ambososcoletorestêmumatecnologiaemestadomaduro,quepermiteasuacomercialização,e
têmumenormepotencialtantoparaaquecimentocomoparaarrefecimento(IRENA,2015c).Cada
tecnologia têm uma enorme variabilidade de opções de coletores, com aplicabilidade variada
consoanteascondiçõesclimáticasdolocaldeinstalação.
Osdoissistemasprincipaisparaaproveitamentodaenergiasolarparaaquecimentosãoosistema
thermosyphon eo sistemabombeado (IRENA,2015c).Oprimeiroutiliza a convecçãonatural, que
ocorre devido às diferenças de temperatura no fluido que é aquecido pela energia solar, para
movimentar o fluido desde o coletor até ao tanque de armazenamento do fluido aquecido. Este
sistemaéutilizadoem75%dossistemasinstaladosmundialmente,incidindocommaiorimportância
nospaísescomclimaquente,talcomonosuldaChina,África,AméricadoSul,MédioOrienteeSul
daEuropa.Asuaaplicaçãoemclimasfrescosémenoseficazdevidoàsperdasdecalordotanquede
armazenamentoedapossibilidadedecongelamentodofluidodessemesmotanque(IRENA,2015c).
Poroutrolado,osegundosistemautilizaumabombaparamovimentaressemesmofluidodesdeo
coletorsolaratéao tanquedearmazenamento, requerendooconsumodeenergianestesistema.
Aindaassim,estesistemadominaomercadoNorteAmericano,temalgumaincidêncianaEuropae
Austrália,ondetemmetadedomercado,erepresenta11%domercadomundial(IRENA,2015c).
4.4.2. Dimensionamento
Umfatorimportantenodimensionamentodastecnologiassolares,éavariaçãodiáriaoumensalda
intensidade da radiação solar, pois permite quantificar a energia incidente total, e assim permite
conhecer o fator de carga para o local de instalação. Em Portugal os valores variam entre 1500
44
kWh/m2nonortedopaísemaisde1800kWh/m2no suldopaís. EmLisboaamédiaanualentre
1994e2013foideaproximadamente1600kWh/m2(Figura4.5).
Figura4.5–MapadamédiadairradiaçãosolaremPortugalentre1994e2013(solarGIS,2016)
O dimensionamento dos coletores solares deve ter em consideração o perfil de consumo diário,
assim como as características do local. De forma a simplificar o cálculo, utilizam-se usualmente
softwaresdesimulaçãoadequados,comoporexemplooSOLTERM.
Os valores de consumo existentes apontam para 40 Litros de águas quentes sanitárias (AQS) por
pessoaeareferênciautilizadaindicativa,quedecorredessaaplicaçãoelegislação,édeumcoletor
solartercercade1.5m2porpessoa.
45
Osprincipaispassosabrangemodimensionamentodaáreadocoletorsolar,dovolumedotanque
dearmazenamentoeoutros componentes constituintes, tal comoas tubagense aquantidadede
fluidoutilizado.
Osprincipaisinputsparaodimensionamentodecoletoressolarestérmicossão:
A. ConsumodiáriodeReferência,C(litros)
Este consumo varia consoante a tipologia do edifício, em que hotéis (70 litros/pessoa)
apresentam valores superiores a um edifício residencial (50 litros/pessoa) e uma escola (3
litros/pessoa)
B. Temperaturadereferência,Ttetemperaturaambiente,Ta(°C)
A temperatura de referência é a temperatura máxima que se pretende alcançar a partir da
temperaturaambienteaqueseencontraaágua.
C. Volumedeacumulação,V(litros)
De forma a garantir o fornecimento constante de água quente durante a sua utilização, é
necessárioacumularaáguanumtanque.
D. Áreacoletores,A(m2)
Os coletores têm uma área típica de aproximadamente 2m2, sendo usual utilizar como regra
geral,1,5m2porpessoa9.
Existem perdas de primeira ordem da ordem de 3,5 a 4,5W/m2K enquanto que os rendimentos
óticossesituamentre75a80%.
Os rendimentos variam consoante a época do ano, devido a perdas de calor mais elevadas no
inverno, sendo necessário calcular o rendimento médio anual. Os coletores planos apresentam
rendimentos ligeiramente superiores no verão comparativamente aos tubos de vácuo, contudo
estesúltimostêmrendimentossuperioresnoinverno.
Tabela4.7–RendimentoefatordecargadastipologiassolarestérmicasAdaptadode:(IRENA,2015c);(IEA,2015a)
TipologiaRendimento–η
[%]
Fatordecarga–FC
[h(%)]
Planos 40% 1700(20%)
Tubosdevácuo 50% 1700(20%)
9Odimensionamentodetalhadopodeserconsultadoemhttp://climainstalador.net/dimensionar-sistemas-solares-aqs/.
46
4.4.3. Custos
A competitividade da energia solar térmica para aquecimento depende de três fatores
fundamentais:Oinvestimentoinicialnecessárioparamontarosistema,ocustodemanutençãoeo
preço das alternativas, neste caso o preço do gás e da eletricidade. Embora os custos variem
significativamenteanívelmundial,podendoexistirpaísesemqueaviabilidadedesta tecnologiaé
reduzida, na europa a competitividade é elevada, existindomuitas situações em que os sistemas
solarestérmicossãomaisbaratosqueogásnaturalouaeletricidade,comcustodeUSD0,04/kWhth
emalgunspaísesdoSul(IRENA,2015c).
O principal custo desta tecnologia é o coletor solar e o sistema de suporte, representando
aproximadamente 50% dos custos de capital. As tubagens e isolador representam 16% enquanto
que o tanque de armazenamento representa apenas 11% dos custos de capital. A restante
percentagemdeve-seàsválvulas,sensores,sistemasdebombagemepermutadordecalor(IRENA,
2015c).
Tabela4.8–Custosdeenergiasolartérmica
Adaptadode:(IRENA,2015c);(IEA,2015a)
4.4.4. Perspetivasfuturas
Ainovaçãoprevistanaáreadoscoletoressolares,temcomoobjetivoareduçãodecustosatravésde
sistemasmaiseficientesquepermitamreduziraáreadecoletoresnecessária,eprevê-se também
queos coletores sejammais finos e duráveis através da otimização demateriais empregados.Os
edifíciossolaresativosutilizam50%deenergiasolartérmicaparaoaquecimentoearrefecimentode
águaedeespaços,sendoexpectávelqueestevalorseaproximede100%até2030(IRENA,2015c).
Para atingir este objetivo seria necessário armazenamento termoquímico que permitisse que a
radiaçãosolardoverãocobrisseasnecessidadesenergéticastérmicasdoinverno(Finck,etal.,2014;
Kramer,etal.,2014).Serátambémnecessárioatingircertosobjetivosaníveldeeficiênciatérmica
nosedifíciosparaqueexistammenoresperdasdecaloreummelhor comportamento térmicono
geral(IRENA,2015c).
Custoinvestimento(€/kW)
O&M(%Custo
investimento)
LCOE(€/kWh)
Grandeescala 1000 1% 0,09
Residencial 2100 1% 0,12
47
Sistemasdeaquecimentoaescaladistritalsãotambémimportantesparaummaioraproveitamento
daenergiasolartérmica.Estessistemaspodemalimentarumarededistritaldiretamenteouatravés
de tanques de armazenamento de grande capacidadequepermitema utilização de energia solar
térmicaabsorvidanoverãoduranteooutonoouinverno.Existemsistemasdegrandeescalaonde
coletorescomáreasentre1000e37000m2earmazenamentosentre3000a61000m3,fornecem
até50%dasnecessidadesdeaquecimentodeespaçoseáguasdeedifíciosdegrandedimensãoou
vilas,oumesmo90%nocasodealdeiasmaispequenas(IRENA,2015c).
O desenvolvimento de tecnologias de arrefecimento utilizando energia solar tem tido um
crescimento elevado ao longo da ultima década, contudo, é esperado um decréscimo deste
crescimento para valores próximos dos 10%, quando entre 2007 e 2008 foi de 32%.
Aproximadamente 75% da capacidade instalada desta tecnologia encontra-se na Europa, em
especial em Espanha, na Alemanha e em Itália, sendo utilizada tecnologia semelhante à do
aquecimentosolar(MauthnereWeiss,2015).
4.5. Energiasolarfotovoltaica
4.5.1. Tipologias
Aenergiasolar fotovoltaicaéumaformadeenergiaquetransformafotõesda luzemeletricidade
atravésdoefeitofotovoltaico,operandonapresençadaincidênciadiretaoudifusaderaiossolares.
Hoje,aenergiasolar fotovoltaicaéumafontedeenergiacujaviabilidadetécnicaecomercialestá
assegurada,comcapacidadedegeraçãoefornecimentodeeletricidade.
Embora a capacidade instalada de células fotovoltaicas apenas permita fornecer 0,1% da
eletricidade mundial, é previsto que exista uma rápida expansão com aumento de quota de
mercado, algo que se prevê devido ao crescimento anual de 40%nos últimos anos (Zhang et al.,
2012).Outrasprevisõesapontamparaqueaenergiaprovenientedecélulasfotovoltaicasrepresente
5%dapotênciamundialem2030e11%até2050.
Os módulos fotovoltaicos podem ser de 3 tipos principais: silício mono-cristalinas, silício poli-
cristalinas e silício amorfo. As células de silício cristalino representam 90% dos novos módulos
instaladosdevidoàsuamaturidadenomercadocomcustosatrativoseelevadaseficiências.
Ao longo da segundametade do século 20, o aumento da eficiência dosmódulos fotovoltaicos é
progressivo, atingindo eficiências de conversão de 4% inicialmente, até 11%no final do século. A
comercializaçãodestetipodetecnologiaaumentaaolongodosanos.
48
Existemtrêsgeraçõesdeenergiasolarfotovoltaicaquesãofunçãodosmateriaisutilizadoseainda
do nível de comercialização da tecnologia. Atualmente utilizam-se a primeira e segunda geração,
enquantoquea terceira ainda seencontranuma fasede investigaçãoedesenvolvimento (IRENA,
2014b).
A energia solar fotovoltaica é uma fonte de energia disponível e competitiva a escalas distintas,
podendoserutilizadatantoanívelresidencialcomoemgrandeescala,sendoqueoprimeirotipode
instalaçãotemmaisunidadesinstaladasenquantoqueosegundomaiscapacidadeinstalada(IRENA,
2014b).
4.5.2. Dimensionamento
Paraalémdodimensionamentodomódulofotovoltaico,énecessárioefetuarcálculosparaescolher
ocontroladordecarga,asbateriaseoinversor.Osprincipaisdadosnecessáriosparadimensionara
potênciadestatecnologia,éomapade irradiaçãosolar,orendimentodosistema(Tabela4.9)ea
áreadopainel.
E=ηxAxG (3.9)
η–Rendimento
E–GeraçãodeEnergiaAnual(kWh)
G–Irradiaçãosolaranualmédia(kWh/m2)
A–Áreamódulo(m2)
Tabela4.9–Rendimentoefatordecargadastipologiassolaresfotovoltaicas
Adaptadode:(IEA,2015a);(IRENA,2014b)
TipologiaRendimento–η
[%]
Fatordecarga–FC
[h(%)]
Silíciomono-cristalinas 16% 1700(20%)
Silíciopoli-cristalinas 13% 1700(20%)
Silícioamorfo 10% 1700(20%)
49
4.5.3. Custos
Oscomponentesdaenergiafotovoltaicasãoomódulo,osuportedomódulo,oscaboselétricoseo
inversor de corrente. A tecnologia fotovoltaica é simples e a sua operação não exige vasta
experiencia,aocontráriodeoutrostiposdeenergiarenovável.
Oaumentoexponencialdacapacidadeinstaladaverificadonosúltimosanos,evidenciaumaumento
de competitividade deste tipo de energia que não pode ser explicado apenas pelos incentivos
governamentais existentes. Existe uma evolução tecnológica que sustenta o crescimento, assente
principalmente na melhoria da eficiência dos módulos e coletores, e ainda na melhoria do
funcionamentodosrestantescomponentes.
Através da evolução tecnológica foi possível reduzir custos da energia fotovoltaica
significativamente até atingir a maturidade, alcançando a paridade na rede em muitos casos, e
avaliandoatendênciadereduçãodecustos,éexpectávelqueaparidadesejaaregraemtodosos
países em vez de ser a exceção. Os custos de capital dum sistema fotovoltaico são divididos nos
custos do módulo e nos custos dos restantes materiais necessários para o funcionamento do
sistema.
Aníveldosmódulos,aeficiênciaaumentoude15%para21%aolongodosúltimos10anos,através
de optimização dos materiais utilizados, nomeadamente a sílica cristalina. Os restantes
componentes também tiveram aumentos de eficiência consideráveis em especial o inversor de
corrente,comreduçõesdecustosde29%(IRENA,2014b).
Ocustodomóduloécompostopelocustodosmateriaisqueocompõem,nomeadamenteosilício,e
ainda os custos de fabrico e montagem, enquanto que o custo dos restantes materiais inclui os
custosdaestruturadesuporteeoscustosdosistemaelétrico.
Nos últimos anos a redução de custos mais importante foi no módulo, onde se alcançou uma
reduçãodecustode75%entreofinalde2009eoiníciode2014,comosepodeobservarnafigura
4.6.
50
Figura4.6–Evoluçãodocustodomóduloente2009–2014(IRENA,2014b)
Estareduçãodepreçodeve-seàelevadapesquisaedesenvolvimentoexistenteanívelmundialpara
estetipodetecnologia,permitindoumamaioreficiênciadomódulo.Apesardatendênciaevidente
dareduçãodecustos,aindaexistealgumavariabilidadedecustosdependendodopaísemquestãoe
do fabricante e não só. Também se pode verificar uma variabilidade de custo dependendo da
dimensãodosistema,sendoqueossistemasdepequenaescalatêmmóduloscommaiorcusto.
Existeumadiferençadecustoentreosmóduloscomsuporteterrestreemóduloscomsuporteem
coberturadeedifíciosdevidoaeconomiasdeescala.Observa-sequeos custos sãomaiselevados
para os sistemas de menor capacidade, embora a diferença seja reduzida e se tenha também
assistidoaumdecréscimodecustosnossistemasdemenordimensão.Emrelaçãoaoscustosdos
restantesmateriais do sistema, entre 2008 e 2013 assistiu-se a umdecréscimode custos de 77%
paraossistemasmaiorese69a73%nossistemasdemenordimensão.Emborasejaumarealidade
queoscustosdosistemasejammaioresparasistemasdemenorescala,ocustopodeserbastante
competitivoparaedifícioscomerciaisouresidenciais(Tabela4.10).
Tabela4.10–Custosdeprojetosfotovoltaicos
Adaptadode(IRENA,2014b)(REN21,2015)
4.5.4. Perspetivasfuturas
Devido à redução significativa do custo do módulo, ao longo dos últimos anos, os custos dos
restantes materiais ganham maior importância por ser aqueles onde poderá incidir uma maior
Custoinvestimento(€/kW)
O&M(%Custo
investimento)
LCOE(€/kWh)
GrandeEscala 1500 1% 0,11
Residencial 2500 1% 0,15
51
reduçãodecustosnofuturo.Asprevisõesapontamparareduçõesdecustosquepermitamatingir
valores abaixo dos 0,08€/kWh e em algumas zonas atingir valores próximos dos 0,05€/kWh, em
especialnaszonasondeaqualidadedaradiaçãosolarémaiselevada.Seráfundamental legislação
queprolongueereforceoapoioaestetipodetecnologia,equepermitareduzircustosrelativosa
autorizaçõeseligaçãoàrede(IRENA,2014b).
O desenvolvimento de novas formas de tecnologia poderá ser importante, emespecial a terceira
geraçãode fotovoltaicode formaapermitir a instalaçãomais simplesde células fotovoltaicasem
locaisatéhojeimpensáveis,talcomonaestrada,natintaouatédiretamentenastelhas.
Outras tecnologias visam aproveitar a relação entre o aumento de temperatura e a redução de
eficiência dos módulos fotovoltaicos, aproveitando o calor para gerar energia térmica para
aquecimentodeáguaseespaços.Estasoluçãopermitemaiorestaxasdeconversãodeenergiaquea
tecnologiasolarfotovoltaicaesolartérmicaatual(Zhangetal.,2012).
4.6. Biomassa
4.6.1. Tipologias
A biomassa engloba todas asmatérias orgânicas, cujo potencial energético pode ser aproveitado
parageraçãodeenergiatérmicaouelétrica.Enquantoqueoscombustíveis fósseis necessitamde
milhõesdeanosparaseformarem,abiomassaéconsideradaumrecursonaturalrenovávelpeloseu
ciclodevidarelativamentecurto.
A biomassa pode ser utilizada para três áreas fundamentais da energia: geração de eletricidade,
utilização como combustível para transportes e geração de energia térmica para edifícios ou
industrias. O sector com maior peso é o doméstico onde se consome uma grande parte deste
recurso.
Hoje,a lenhaéoprincipal combustíveldebiomassa,emespecialempaísesemdesenvolvimento,
emboraatendênciapasseporsubstituirestematerial tradicionalporaparaseoutrasformasmais
fáceisepráticasdetransportar,comercializareutilizar.Asprincipaisfontesdebiocombustíveissão:
i) Culturas energéticas; ii) produtos florestais; iii) Resíduos agrícolas; iv) Resíduos animais (IEA,
2014b).
Abiomassatemsidoutilizadadesdehámuitosanos,sendoamediçãomaissimplesatonelada,no
casodosresíduossólidosoulitrosnocasodelíquidos.Acapacidadecaloríferadependedomaterial
emquestãoeexistemdiversosmodosdetransformaçãoemenergiafinal.
52
Tanto na energia térmica como na energia elétrica, a biomassa sólida é a fontemais comum de
energia de biomassa, com um peso de 80%. Outras fontes incluem o biogás, biocombustíveis e
resíduossólidosmunicipais(REN21,2015).
Aformamaiscomumdeconversãodasmatériasemenergiafinaléaconversãodireta,atravésda
incineraçãodosmateriais.Outrastécnicasdeconversãoincluemadensificaçãodeóleoseprocessos
químicosquepermitemmelhoraraeficiênciadosmateriaisparaincineraçãoposteriormente.
Existem sistemas modernos de biomassa sólida para aquecimento para diferentes escalas, com
dimensão desde 5 kW até 100kW, cujo combustível são lenha ou aglomerados e granulados de
madeira.Estessistemaspodemserutilizadosanívelcomercialeindustrialcomdimensãoentre100
e500kWouanível industrialdemaiordimensãoedistrital comcapacidades superioresa1MW
(REN21,2015).
Amaiordesvantagemdestetipodesolução,éanecessidadedeoperaracaldeira,carregando-acom
pelletsedescarregando as cinzas, pelomenos uma vez por semana. Embora ambos os processos
sejamfáceis,devidoàhomogeneidadedospelletsecaixadecinzassimplesdedescarregar,obrigam
adespenderalgumtempo,algoquenãoocorrecomaenergiasolar.
Aescolhaentreambasastecnologiasdepende,porumlado,dadisponibilidadedeáreaeexistência
de sombreamentos na cobertura e da irradiação solar existente na zona, e por outro lado da
disponibilidadedeespaçoparainstalaçãodacaldeiraearmazenamentodospellets,assimcomodo
fornecimentodepelletsparainstalaçõesdemaiorescala.
Ossistemasdebiogásfornecemaquecimentoeeletricidadeaedifícioseindustria,comsistemasde
1a5m3paraedifíciosdomésticos,utilizandoresíduosdomésticosquesãodigeridosemcondições
anaeróbicasparatransformaçãoemmetano.
Sistemasdebiocombustíveislíquidossãoutilizadosparareduzirosefeitosdepoluiçãoassociadosa
biomassatradicional,emespecialnospaísesemdesenvolvimento.
4.6.2. Dimensionamento
As caldeiras de biomassa diferem das caldeiras convencionais, pela necessidade de estarem a
produzir acima dos 70% de capacidade durante 24 horas por dia, de forma a funcionarem
adequadamente(Santos,2009).Assim,ascaldeirasdebiomassasãomaisadequadasparaconsumos
constantesaolongododia,tendodificuldadeemresponderapicosdenecessidadesenergéticas.As
53
caldeirasdebiomassa(Tabela4.11)sãoportantomaispequenasqueascaldeirasagásouagasóleo
(SolarWaters,2015)
ÉusualautilizaçãodestetipodecaldeiraparaaquecimentodeAQSeparaaquecimentodeespaços,
utilizando-seumarelaçãoempírica(WoodlandRenaissance,n.d.)entreovolumeaaquecer,V,em
m3eapotênciadacaldeira,PemkW(3.8).
𝑃 = ! !" (3.10)
A quantidade de combustível anual necessária, Q, em kg, é calculada dividindo a potência da
caldeirapor4(3.9).
𝑄 = ! ! (3.11)
Tabela4.11–RendimentoefatordecargadastipologiasdeBiomassa
TipologiaRendimento–η
[%]
Fatordecarga–FC
[h(%)]
BiomassaSólida 30% 80%
(REN21,2015)
4.6.3. Custos
Os custos dependem do tipo de tecnologia utilizada variando consoante a finalidade. Os custos
podemincluirosgeradores,otransportedemateriais,digestoresegaseificadoreseaindacustosde
instalaçãoeconstruçãodeinfraestruturas.
Oscustossãoapresentadosparacadatipodetecnologiaconsoanteasuafinalidade(Tabela4.12).
Tabela4.12–Custosdeenergiadebiomassa
Custoinvestimento
(€/kW)O&M
(%Custoinvestimento)
LCOE(€/kWh)
Energiaelétrica
Sólida 600–3500 2% 0,11
Aquecimento
Pellets 280–1000 2% 0,05–0,28
(REN21,2015)
54
4.6.4. Perspetivasfuturas
Emboraexistamtecnologiasemdesenvolvimentoqueapontamparatécnicasdemelhoramentodos
materiaisdemodoaaumentarasuacapacidadecalorífera,osdesenvolvimentosprincipaisincidem
emtornarabiomassasólidanummaterialmais fácilehomogéneo.Nessesentido,a industriados
aglomerados e granulados de madeira tem estando em crescimento ao longo dos últimos anos
(Figura 4.7), sendo uma técnica que reduz os inconvenientes da biomassa sólida, tal como a
irregularidadedosmateriaisedificuldadedeembalar.
Figura4.7–Evoluçãodaproduçãomundialdeaglomeradosegranuladosdemadeiraentre2004e2014emmilhõesdetoneladas
(REN21,2015)
Aincineraçãoemgrandeescalaouacomercializaçãodosmateriais,permitecimentaraimportância
da biomassa no sector energético. A plantação de florestas e de culturas para biomassa, evita a
desflorestação e fomenta a criação de atividade económica com efeitos positivos imediatos na
economia.
Existem benefícios na utilização de biocombustíveis no sector dos transportes, em especial a
redução de dependência energética dos combustíveis fósseis contudo, existem também desafios
importantes,talcomoautilizaçãodeculturasparaenergiaemdetrimentodaindustriaalimentar.
MilhõesdeToneladas
RestodoMundo
RestodaAsia
China
Rússia
EstadosUnidos,Canada,México
UniãoEuropeia(EU-28)
24,1MilhõesdeToneladas
55
4.7. Síntese
Comoseviuanteriormente,orendimentoeofatordecargasãovaloresfundamentaisparaanalisar
a aplicabilidade de fontes de energia renovável, pois permitem obter valores de produção de
energia para um dado local. Tendo em conta a variabilidade destes parâmetros consoante a sua
localização,apresentam-sevaloresmédiosnaTabela4.13.
Tabela4.13–FactosenúmerosdasenergiasrenováveisFontedeEnergia Rendimento Fatordecarga
EnergiaElétrica
Mini-hídrica 40–80% 40%
Mini-eólica 60% 20%
SolarFV 16% 20%
EnergiaTérmica
SolarTérmico 50% 20%
Biomassa 30% 80%
Para efetuar uma análise de viabilidade do ponto de vista económico, é necessário conhecer os
principaiscustos,nestecasooinvestimentoinicialeocustodeO&M.Consideram-sevaloresmédios
devidoànecessidadedeestudosexatosparaobtençãodevaloresprecisos(Tabela4.14)
Tabela4.14–FactosenúmerosdasenergiasrenováveisFontedeEnergia Investimento
(€/kW)
O&M
(%)
EnergiaElétrica
Mini-hídrica 2500 3%
Mini-eólica 3300 2,5%
SolarFV 2500 1%
EnergiaTérmica
SolarTérmico 2100 1%
Biomassa 1000 2%
Emboraasváriasfontesdeenergiatenhamperíodosdevidadiferentes,considera-seumperíodode
vidade25anosparatodas.
56
5. Análisedeviabilidade
5.1. Comosedefineviabilidade
Aviabilidadedassoluçõespodeseranalisadadesdemúltiplasperspetivas(Pinheiro,2014),desdea
económica, social, ambiental, tecnológica e a física, sendo importante ter em conta todas estas
vertentesdemodoaobterresultadosmaiseficazesecompletos.Aviabilidadedassoluções,assenta
nosseguintespilares:
• Viabilidade tecnológica: A tecnologia está disponível de forma acessível para o local de
análise? A sua eficiência é garantida? Existem meios humanos para a sua instalação,
manutençãoegestão?
• Viabilidade física: Existe espaço ou outras condições físicas para a realizar na zona em
questão?
• Viabilidadeeconómica:Temumperíododeretorno(VAL,TIR)interessanteeumtempode
vida que assegura a sua concretização? Os investimentos e acesso ao financiamento
asseguracondiçõesparaasuarealização?
• Viabilidadeambiental:Osrecursosestãodisponíveisemquantidadeequalidadeparaasua
realização (condições solares, vento ou hídricas)? O impacte da sua implementação é
globalmentepositivo?QualoresultadodeumEIA(Estudodeimpacteambiental)?
• Viabilidadesocial:Existemcondiçõesparaasuaaceitação,dadooseurisco?Éaceitepela
comunidadelocal?
• Viabilidade legal: Existem condições para a sua aceitação pelos organismos e entidades
locais?
A viabilidade tecnológica encontra-se documentadapara as tecnologiasmaismaduras, através da
pesquisaepelaexperimentaçãojáexistente,sendopossíveldefinirvalores,ouintervalosdevalores,
nomeadamenteemrelaçãoàpotênciaerendimentoequaisoscustosenvolvidos.
A viabilidade física depende fortemente da localização, pelo que as variáveis têm uma forte
sensibilidade ao local em estudo. É fundamental efetuar estudos para obtenção de valores
concretos,talcomoairradiaçãosolar,qualidadedovento,mediçãodecaudaiseoutrosdados.Até
ao momento, verificou-se quais as soluções com viabilidade tecnológica, sendo necessário
informação pormenorizada em relação ao local de aplicação, para analisar a viabilidade física e
económica.
57
Aviabilidadeambiental,sociale legal implicaummaiordetalheepormenorização,portantoasua
análiseseráteóricaegenérica.
Atualmente, grande parte da produção de energia eólica e solar é a partir de parques eólicos e
solaresdegrandeescala,comproduçãocentralizadaecomtransportedaenergiaatravésdaredede
distribuição. O desafio passa por aumentar a energia produzida a partir de soluções de menor
escala,inserindoosmoinhoseólicosepainéissolaresnaszonasurbanas,aproveitandoascoberturas
deedifícioseoutrasáreascujopotencialéelevado,ecujaexploraçãoparaproduçãodeenergiaé
inexistenteoureduzida(Calvilloetal.,2015).
5.2. Modelodeanálisedaviabilidade
Omodelodaanálisedeviabilidade,temcomoobjetivotipificarehomogeneizarestetipodeanálise,
demodoapossibilitaraaplicaçãodomodeloaáreasdistintas,daformamaissuaveesimples.Desta
forma,identificam-seosseguintespassoscomofulcraisparaestetipodeanálise:
1) Obtençãodeinputs:
a. Identificar as necessidades energéticas no local de análise, para diferentes escalas
(Edifício,bairro,cidade),utilizandonocasobase,osvaloresobtidosnocapítulo3;
i. Características do edifício em análise (Número de edifícios, número de pisos,
número de fogos, número de pessoas, área da cobertura, área bruta de
construção);
ii. Médiasconsumoenergético(elétricoetérmico);
iii. Variabilidadediáriado consumo (Casobasenão consideravariabilidadediária,
considerandomédiasanuais);
b. Identificaropotencialderenováveis,utilizandonocasobasevaloresdocapítulo4,
sendonecessárioestudosespecíficosaoslocaisdeanálisepararesultadosmaisprecisos;
i. Hídrica–Caudal,alturaútil,espaçoeacesso;
ii. Eólica–Qualidadedovento,distânciaentreedifícios,áreaverde;
iii. Solar–Radiaçãosolar,áreacobertura;
iv. Biomassa–Espaçoocupado,quantidadederesíduosoupelletsnecessários;
2) Selecionaroconjuntodesoluçõesdesejadoepossível,tendoemconsideraçãoaanálise
efetuadanocapítulo4;
a. Conjugardiferentesescalas;
b. Compatibilidadeentresoluções:comoimplementardiferentestecnologiasnum
determinadoespaço;
58
3) Analisarasviabilidades;
a. Viabilidadefísicaimplicaaobtençãodedadosconcretoseespecíficosaumadada
localização,sendopossível,atravésdesimplificações,obtervaloresgerais;
b. Viabilidadeeconómicapermiteverificarseoprojetocriavalorou,pelocontrário,destrói
valoremcomparaçãocomocasodenãopromoveraimplementaçãodasfontes
renováveis.Algunsindicadoresrelevantes:
i. Investimento;
ii. Taxaderentabilidade;
iii. Valoratualizadolíquido;
iv. Tempoderetornodoinvestimento;
v. RelaçãoBenefício/Custo;
4) Avaliaçãocriticaidentificaaslimitaçõesefraquezasdomodelo,reconhecendoorealalcancedos
resultados;
5) Conclusãoqualéviabilidadedasrenováveisequemix,respondendoàquestãoiniciale
propósitodadissertação.
5.3. Casodeestudo–moradia
Apósobterosinputsnecessáriosreferentesaoconsumodeenergiaeàscaracterísticasdasdiversas
tecnologias, é possível conjugar as diferentes fontes de energia de modo a fornecerem a maior
proporçãopossíveldasnecessidadestérmicaseelétricasparaocasodeestudo.
O modelo considera prioritária a implementação de energia solar térmica para aquecimento de
águas sanitárias (AQS), devido à obrigação legal de utilização deste tipo de energia em novas
construçõessegundooDecreto-LeiNo80/2006de4deAbril,explicadopelaelevadamaturidadee
eficiênciadestafontedeenergia.
De seguida implementa-se a energia solar fotovoltaica, de forma a satisfazer as necessidades
elétricas, recorrendo também à mini-eólica e à mini-hídrica, no caso de ser necessário maior
produçãodeenergiaelétrica.
5.3.1. Característicasmoradia
Paraanalisaroconjuntodesoluçõesadequado,começa-sepordefinirosinputsecaracterísticasda
moradiautilizadaparaocasobase(Tabela5.1).OsistemadeavaliaçãodasustentabilidadeLiderA,
definiu diferentes modelos provenientes para análise das soluções de sustentabilidade,
59
nomeadamente umamoradia, que se utiliza para a análise (Pinheiro, 2010), demodo a definir o
númerodepessoaseasdiferentesáreas,talcomoaáreadacoberturaeaáreabrutadeconstrução.
Tabela5.1–CaracterísticaseinputsparaumamoradianocasobaseMoradias 1,0
Pisos/Moradia - 2,0Nºpessoas - 6,0
ÁreaCobertura m2 230,0ÁreaBrutadeConstrução m2 450,0
Figura5.1–Plantaeperspetivadamoradiaequarteirão(Pinheiro,2010)
5.3.2. Necessidadesenergéticas
Deseguida,utilizam-sevaloresdeconsumosanuaisprovenientesdocapítulo3,assimcomoasua
divisãoentreconsumostérmicoseelétricos,quesão24%e76%doconsumototal,respetivamente.
Ocálculodoconsumoanualtotalde30000kWhporano,éobtidomultiplicandooconsumoanual
percapita(5000kWh)pelonúmerodepessoas(6pessoas)(Tabela5.2).
Assume-se que a energia para o aquecimento de águas quentes sanitárias é produzida utilizando
energiasolartérmica,enquantoqueoutrasnecessidadesdeaquecimentoepreparaçãoderefeições
sãosatisfeitasporenergiaelétrica.OsvaloresconsideradossãoapresentadosnaTabela5.2.
60
Tabela5.2–CaracterísticasdoconsumoanualdeumamoradiaparaocasobaseConsumopercapita kWh 5000
ComposiçãodoconsumoAQS % 24%
Elétrico % 76%Consumototal
AQS kWh 7200,0Elétrico kWh 22800,0
Total kWh 30000,0
5.3.3. Potencialderenováveis
Osinputsreferentesàsdiferentesfontesdeenergiasãoosvaloresapresentadosnocapítulo4.Estes
valores podem variar consideravelmente consoante o local de instalação, assim efetua-se uma
análisedesensibilidadeposteriormente,deformaaverificarcomovariamosresultadosconsoantea
alteração de diferentes variáveis. De qualquer modo, os valores apresentados são valores
conservadores,procurandoassimprecaverlocaisesituaçõesdemenorproduçãodeenergia.
A Tabela 5.3 avalia a viabilidade das diferentes tecnologias para amoradia em análise, utilizando
uma escala de cores para avaliar o potencial de cada fonte de energia consoante o local de
instalação. O verde representa uma solução quanto mais viável quanto mais forte a tonalidade,
enquanto que o encarnado representa uma solução quanto menos viável quanto mais forte a
tonalidade.
Tabela5.3–CaracterísticasdamoradiaparadiferentesfontesdeenergiaFontedeEnergia Áreacobertura ÁreaFachadas Terrenolivre ÁreaInterior
EnergiaTérmica
SolarTérmico Sim Não Não Não
Biomassa Não Não Sim Sim
EnergiaElétrica
Mini-eólica Sim Não Sim Não
SolarFV Sim Sim Não Não
Mini-hídrica Não Não Sim Não
61
Dependendodotipodecobertura,oscoletoressolarestérmicoseosmódulosfotovoltaicospodem
ser colocados de forma distinta na cobertura. Para coberturas inclinadas é possível apoiar
diretamentena coberturanaságuasorientadasa sul (figura5.3–a), enquantoquenas restantes
águasénecessáriocolocarumaestruturaquepermitaorientarospainéisparasul(figura5.3–b)
Figura5.2–Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasinclinadas(VPCBuilders,2016)e(TelaStrong,2016)
No caso de coberturas planas é necessário a utilização de estruturas que inclinem os coletores
térmicosecoletoresfotovoltaicosdeformaaqueasuaorientaçãosejaparasul,maximizandodessa
formaaincidênciasolar(figura5.5).
Figura5.3-Estruturadesuportedecoletoressolaresparacoberturasplanas(KrannichSolar,2016)
Ascondições locaisassumidasparaa irradiaçãosolareparaavelocidadedoventocorrespondem,
paraocasobase,àmédiaexistentenazonadeLisboa (Baltazar,2010).Poroutro ladoocaudale
altura de água são valores de referência utilizados de forma exemplificativa, devido à maior
dificuldadeemencontraresterecursoemmeiourbano(Tabela5.4).
Tabela5.4–InputsassociadosacondiçõesatmosféricasIrradiaçãosolar kWh/m2 1600,0
VelocidadeVentomédia m/s 17Caudal m3/s 0,06Altura m 1,5
Demodoaobteraconjugação idealde fontesdeenergia renovável,procede-seaumaanáliseda
produção de energia possível proveniente de diversas fontes, utilizando diferentes potências e
soluções.
a) b)
62
5.3.4. Conjuntodesoluções
Energiatérmica(AQS)
A energia térmica para aquecimento de águas sanitárias é produzida recorrendo à energia solar
térmica.Assim, calcula-se a áreadepainéis solares a instalar na coberturade formaa fornecer a
totalidadedaenergiatérmicanecessária(Tabela5.5).
Assumindoumacoberturadereduzidainclinação,onde50%daáreaestádisponívelparainstalação
de coletores solares, procede-se ao cálculo da área necessária para produção da totalidade da
energiaparaAQS.
Tabela5.5–InputsparaocálculodaáreadecoletoressolaresNecessidades kWh 7200,0
Irradiaçãosolar kWh/m2 1600,0Áreacoletormin m2 9,0
Rendimento % 50%
Chega-seassimànecessidadedeutilizaçãode9m2depainéis,queproduzmaisde100%daenergia
necessáriaparasatisfazerasnecessidadesanuaisdeAQS,ocupandoaproximadamente4%daárea
totaldacobertura(Tabela5.6).
Tabela5.6–CálculodaáreadecoletoressolaresDimensão m2 10,0
Utilizaçãocobertura % 4,0%Potência kW 4,57Produção kWh 8000,0
Produção/necessidades % 111%
A dimensão necessária dos coletores existentes varia, função da tecnologia selecionada, sendo
comummediremaproximadamente2m2cadapainel,podendoseracopladosemgrupodeformaa
aumentar a produção de energia. Regra geral, utiliza-se 1 a 1,5 m2 de coletor solar por pessoa,
valoresqueseverificamnestecasocomumvaloraproximadode1,5m2porpessoa.
No caso de não existir possibilidade de instalação de energia solar térmica, a solução alternativa
incidena instalaçãodeuma caldeiradebiomassa. Este tipode soluçãoé semelhanteàs caldeiras
convencionais,distinguindo-sepelanecessidadedefuncionamentocontinuoaolongododia.Refira-
sequeéusualincluirarmazenamentodasAQS,umsistemasupletivoparaalgunsperíodos.
63
Energiaelétrica
A energia elétrica representa amaioria do consumo de energia doméstica, podendo ser utilizada
para diversos fins, inclusive aquecimento de águas sanitárias. Logo, seria possível a utilização de
módulosfotovoltaicosemsubstituiçãodoscoletoressolaresparaaquecimentodeáguassanitárias,
contudodevidoàbaixaeficiênciadosmódulosfotovoltaicos,nestadissertaçãoapenasserecorrea
estatecnologiaparaproduçãodeenergiaelétrica.Assim,verifica-seaimportânciadeexistirummix
desoluções,garantindodessaformaumfuncionamentomaiseficientedosistema,juntamentecom
maiorresiliênciaesegurança.
Para produção de energia elétrica, a presente dissertação inclui a energia fotovoltaica, a energia
eólica,usualmentecomplementaràfotovoltaicapelaexistênciadeventoemperíodosdepoucaou
nenhuma irradiação solar, e ainda a energia hídrica, cuja aplicabilidade depende da existência de
caudalpróximodolocaldeprodução.
De forma a satisfazer todas as necessidades de consumo de energia elétrica utilizando apenas a
energia solar fotovoltaica, utilizam-se os dados da Tabela 5.7 para calcular a área de painéis
fotovoltaicosnecessária.
Tabela5.7–InputsparacálculodaáreademódulosfotovoltaicosNecessidades kWh 22800,0
Irradiaçãosolar kWh/m2 1600,0Rendimento % 16%
NEH h 1750Emboraasoluçãodescritaacimapermitaproduzirenergiasuficienteparasatisfazerasnecessidades
de energia elétrica anuais (Tabela 5.8), obrigaria à comprade energia elétrica à rede, emdias de
fraca irradiação solar, não existindo uma alternativa renovável local. Para além de não oferecer
segurança energética suficiente, obriga à utilização de 40%da área de cobertura total através da
instalaçãode45módulos fotovoltaicos,algoquepoderá limitaresta solução. Logo, seriabenéfico
considerarainstalaçãodeoutrastecnologias,algoqueenfatizaaimportânciadeexistirummixde
soluções.
Tabela5.8–CálculodaáreademódulosfotovoltaicosDimensão m2 90,0
Utilizaçãocobertura % 40%Potência kW 13,2Produção kWh 23000,0
Produção/necessidades % 101%
64
A alternativa à energia fotovoltaica mais comum é a energia eólica. Esta fonte de energia pode
fornecera totalidadedaenergiaelétrica, contudo, serianecessário instalarumapotência totalde
13kW(Figura5.9).Oprincipalfatorqueimpedeestasoluçãoéofactodenãoexistirresiliênciano
sistema pois em situações de vento reduzido, a produção é fortemente afectada devido à
inexistênciadeumaoutrafontedeenergia.Adicionalmente,umasoluçãodestetipocausaelevado
ruídoeocupabastanteespaçodevidoànecessidadedeumraiodesegurançanazonapróximada(s)
turbina(s). Assim, é fundamental encontrar um mix entre a energia fotovoltaica e a solar, em
especialdevidoàcomplementaridadeentreosrecursosnaturaisrespetivos.
Tabela5.9–CálculodonúmerodeturbinaseólicasparaproduçãodatotalidadedasnecessidadesNecessidades kWh 22800,0
Númeroturbinas - 4Potência kW 3Produção kWh 21000,0
Produção/necessidades % 92%
Soluçãocommix
A conjugação de diversas tecnologias que utilizam fontes distintas oferece maior segurança
energética,reduzindoanecessidadederecorreràredeelétrica,econtribuiparaozerodeenergia.A
energia solar e a eólica são complementares uma da outra, exemplificando a importância da
existênciadeummixdesoluções(Tabela5.10).
Paraalémdaenergiaeólica terumcustoporkWmaiorqueaenergiasolar fotovoltaica,devidoà
menorqualidadedoventoemmeiourbano,torna-semenosfiávelemcomparaçãocomatecnologia
solar. Assim, procura-se explorar a área da cobertura disponível de forma amaximizar a energia
produzida, respeitando as limitações de espaço, de sombreamento e de orientação que possam
existir.
Por outro lado, procura-se instalar um conjunto de turbinas que complementem a energia
fotovoltaica,utilizandopelomenos2deformaaminimizaroimpactonaproduçãonocasodeuma
avaria.
Esta solução procura um equilíbrio entre a energia solar fotovoltaica e a eólica, minimizando o
impactodeumadasfontesdeenergianãoestardisponívelnumdeterminadomomento.Atravésdo
mix,épossível forneceratotalidadedaenergiaelétricaanualutilizando25módulosfotovoltaicos,
queapenasocupam22%daárea total da cobertura, e complementarmente2 turbinaseólicasde
3kW cada uma. Assim, a produção do conjunto de tecnologias produz 23 300 kWh, superior às
65
necessidadesde22800kWh,emqueaenergiafotovoltaicarepresenta55%dototalenquantoquea
energiaeólicaforneceosrestantes45%(Tabela5.10).
Tabela5.10–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólicaEnergiasolarfotovoltaica Energiaeólica
Área m2 50,0 Potência kW 3,0Utilizaçãocobertura % 22% Quantidade - 2,0
Potência kW 7,3 PotenciaTotal kW 6,0Produção kWh 12800,0 Produção kWh 10512,0
Produção/necessidades % 55% Produção/necessidades % 45%
Nocasodeexistirumrecursohídricopróximodazonadeestudo,podeserinteressanteinstalaruma
turbina,demodoagerarenergiaelétricaapartirdaenergiacinéticapresentenocaudal.Assumindo
um caudal de 60 litros por segundo e uma pequena altura de água de 1,5 metros, adequa-se a
instalaçãodeumaturbinade0,5kWparageraçãodeenergia.
Tabela5.11–Inputsparaocálculodapotênciademini-hídrica
P=ρxgxηxQxhDensidade Kg/m3 1000
Aceleraçãodagravidade m/s2 9,81Rendimento - 0,60
Caudal m3/s 0,06Altura m 1,5
Potência kW 0,5
Esta solução permite reduzir a área demódulos fotovoltaicos ou aumentar a produção anual, e,
simultaneamente, aumentar a independência energética da moradia. O maior inconveniente e
limitação desta tecnologia é a sua reduzida disponibilidade em zonas urbanas devido à
impermeabilização de solos e pavimentação de linhas de água, alterando os cursos de água
existentes.
É possível compreender os benefícios do aproveitamento da energia hídrica em zonas urbanas
analisando a Tabela 5.12. Salienta-se a redução da área de fotovoltaico de 50 m2 para 42 m2,
passandoaocuparapenas18%daáreadacoberturatotal,eoconsequenteaumentodaproporção
deenergiaproduzidaatravésdaenergiaeólica.O fatormais importanteéoaumentodesoluções
complementaresatravésdainstalaçãodeenergiahídrica.
66
Tabela5.12–Produçãodeenergiaelétricaapartirdefotovoltaico,eólicaehídrica Fotovoltaico Eólica Hídrica
PotênciaTotal kW 6,1 6,0 0,5Factordecarga % 20% 20% 40%
Produção kWh 10750,0 10500,0 1750,0Produção/necessidades % 47% 46% 7%
Aproduçãodepelomenos100%daenergianecessáriapermitealcançarozerodaenergia.Devido
ao desfasamento entre omomento de produção de energia e omomento de consumo, torna-se
crucialaligaçãoàrededeformaainjetaraenergiaproduzidaquandonãoéconsumidaeacompra
deenergiaquandonãohágeraçãolocal.Ainstalaçãodebateriasquepermitamarmazenarenergia
parautilizaçãoposteriorpoderáserumaopçãonofuturopróximo.
5.4. Casodeestudo–edifício
A abordagem efetuada para os edifícios é análoga aquela para as moradias, com o devido
ajustamentoàstipologias.Aprincipaldiferençaentreoedifícioeamoradiaéanívelderesultados,
ondeaáreadecobertura se reduzemrelaçãoàáreabrutadeconstrução,àmedidaqueexistem
mais pisos. Em consequência, a possibilidade de instalação de coletores solares e módulos
fotovoltaicoséreduzidacomparativamenteàmoradia.
5.4.1. Característicasedifício
Considera-se um edifício de 6 pisos em que 5 são residenciais e 1 comercial, composto por dois
fogosporpisoe3pessoasporfogo,somandoumtotalde30pessoasporedifício(Tabela5.13).
Tabela5.13-CaracterísticaseinputsparaumedifícionocasobaseEdifícios 1,0
Pisos/edifício - 6,0(5residenciais)Fogos/piso - 2,0
Pessoas/fogo - 3,0Nºpessoas pax 30,0
Considera-se que a área útil de cada piso é de 80% devido à existência de elevadores e escadas
(Tabela5.14).Acoberturaéplana,contudodevidoàsescadaeelevadoresnãopodeserutilizadana
totalidade(Figura5.4).
67
Tabela5.14–ÁreasdoedifícionocasobaseÁreacobertura m2 400,0Áreapiso m2 320,0ÁreaBrutaConstruçãoTotal m2 1920,0
Figura5.4–Plantaeperspetivadoedifícioequarteirão(Pinheiro,2010)
5.4.2. Necessidadesenergéticas
As necessidades energéticas de edifício aumentam substancialmente em comparação com uma
moradia, devido ao maior número de habitantes. A construção em altura permite uma maior
densidade populacional, levando a que as necessidades energéticas num edifício sejam
concentradas numa área menor, com menor espaço para instalação de tecnologias de energias
renováveis.ATabela5.15sintetizaasnecessidadesenergéticasanuaisparaoedifíciodocasobase.
Tabela5.15-CaracterísticasdoconsumoanualdeumedifícioparaocasobaseConsumoanualporpessoa kWh 5000,0
ComposiçãodoconsumoAQS % 24%
Elétrico % 76%Consumototal
AQS kWh 36000,0Elétrico kWh 114000,0
Total kWh 150000,0
5.4.3. Potencialderenováveis
OpotencialparainstalaçãodefontesrenováveisestálimitadoàenergiasolartérmicaparaAQSea
energia solar fotovoltaica e energia eólica para necessidades elétricas. A instalaçãode energia de
68
biomassaseriapossíveltendoemcontaaexistênciadeespaçoparainstalaçãodacaldeiranospisos
enterrados para estacionamento. A energia hídrica é uma fonte rara em zonas urbanas logo, a
possibilidade de incorporar esta fonte de energia é reduzida e depende do caudal e da altura de
águapossível,comosedemonstrouanteriormente.
Devidoàconstruçãoemaltura,aáreadecoberturaporhabitanteébastantereduzidanumedifício
comparativamenteaovalorqueseverificanumamoradia.Assim,opotencialdegeraçãodeenergia
apartirdeenergiafotovoltaicareduz-sedrasticamente.
Emconsequência,poderiaserinteressanteainstalaçãodeenergiasolarfotovoltaicanafachadado
edifício, embora esta solução possa ser inviável devido à existência de sombreamentos, pelo
impactevisualqueoriginaepelareduzidaáreaútilexistentenasfachadasdevidoaosvãos.
Normalmentenãoexisteespaçolivreparaturbinaseólicassemsernacoberturaenocasodeexistir
umaáreaverde,aqualidadedoventopoderánãoseradequadadevidoàexistênciadeedifíciosem
tornodessamesmaárea.
ATabela5.16avaliaaaplicabilidadedediferentestecnologiasrenováveisparadiferenteszonasdum
edifício,utilizandoumaescaladecoresparaavaliaraviabilidade.
Tabela5.16–CaracterísticasdoedifícioparadiferentesfontesdeenergiaFontedeEnergia Áreacobertura ÁreaFachadas Terrenolivre ÁreaInterior
EnergiaTérmica
SolarTérmico Sim Não Não Não
Biomassa Não Não Não Sim
EnergiaElétrica
Mini-eólica Sim Não Não Não
SolarFV Sim Sim Não Não
Mini-hídrica Não Não Sim Não
5.4.4. Conjuntodesoluções
Energiatérmica(AQS)
Ousodecoletoressolaresparaaquecimentodaságuassanitárias,ocupa11%daáreadacobertura
em comparação com os 4% damoradia. A utilização de 45m2 de coletores (23 coletores solares
térmicos),produz100%daenergianecessáriaparasatisfazerasnecessidadesdeAQS,emboraexista
oriscodenãoserpossívelforneceratotalidadedaenergiaemdiasdefracairradiaçãosolar(Tabela
5.17).
69
Tabela5.17–CálculodaáreadecoletoressolaresparaumedifícioDimensão m2 45,0
Utilizaçãocobertura % 11%Potência kW 20,55Produção kWh 36000,0
Produção/necessidades % 100%
A instalaçãodeumacaldeiradebiomassaemsubstituiçãodos coletores solares térmicospermite
fornecera totalidadedaenergianecessáriaparaAQSe,adicionalmente, libertaáreadecobertura
que pode ser utilizada para instalar módulos fotovoltaicos. Devido à necessidade de operação
semanal da caldeira de biomassa, existe um inconveniente considerável que reduz a atratividade
destasolução.
Energiaelétrica
Autilizaçãode50%dacoberturaparaproduçãodeenergiaelétricaapartirdemódulosfotovoltaicos
apenas produz 45% da energia necessária para satisfazer as necessidades energéticas do edifício
(Tabela 5.18), valores drasticamente mais baixos comparativamente à moradia, em que para a
mesma proporção de cobertura, era possível produzir mais de 100% da energia necessária para
satisfazerasnecessidades.
Tabela5.18–CálculodaáreademódulosfotovoltaicosDimensão m2 200
Utilizaçãocobertura % 50%Potência kW 29,2Produção kWh 51200,0
Produção/necessidades % 45%
Assim,quantomaioronúmerodepisos,maisimportantesetornaomixdemodoacomplementar
os módulos fotovoltaicos. Para ummix de energia solar fotovoltaica e energia eólica, é possível
produzir54%dasnecessidadesenergéticasobrigandoacomprarosrestantes46%àrede.Deforma
asuprimiratotalidadedasnecessidadesserianecessário12turbinasde3kWcadaumaouturbinas
demaiordimensão,sendoqualquerumadasopçõesinviáveis.Aprimeirapeloexcessodeturbinas
numadeterminadaárea,nãorespeitandooespaçamentoentreturbinaseasegundapeladimensão
daturbinaqueimpedeasuainstalaçãonumacobertura.
Enquantoqueospainéisfotovoltaicosapenastêmcomocontrapartidaàsuainstalaçãooseupeso,
cujas coberturas mais antigas poderão não suportar, as turbinas eólicas colocam problemas de
vibraçõeseaindaderuídoconsideráveis.
70
AsoluçãoconsideradanaTabela5.19permiteproduzirumapartedaenergiaconsumida,masnão
evita que se recorra à rede elétrica para suprimir a totalidade das necessidades energéticas. A
solução não permite atingir o quase zero da energia embora represente uma redução da
dependênciaemrelaçãoàrede(Figura5.5).
Tabela5.19–Cálculodaáreademódulosfotovoltaicosepotênciademini-eólicaEnergiasolarfotovoltaica EnergiaeólicaDimensão m2 200,0 Potência kW 3,0
Utilizaçãocobertura % 50% Quantidade - 2,0Potência kW 29,2 PotenciaTotal kW 6,0Produção kWh 51200,0 Produção kWh 10512,0
Produção/necessidades % 45% Produção/necessidades % 9%
Figura5.5–Gráficodaproduçãoenecessidadesdeenergiaelétricanumedifício,commódulosfotovoltaicos
emini-eólica(unidadeskWh)
Existeapossibilidadedeimplementarfontesdeenergiarenováveisalternativastalcomoasolução
solar híbrida fotovoltaica/térmica que permite aumentar a eficiência dos painéis devido ao
aproveitamento do aumento de temperatura dos painéis para aquecimento de AQS. Assim, a
redução de rendimento do painel fotovoltaico é atenuada. Adicionalmente, este tipo de solução
agrega na mesma área o colector solar térmico e o módulo fotovoltaico, melhorando o
aproveitamentodaáreadacobertura.
61712,0
52288,0 114000,0
-
20000,0
40000,0
60000,0
80000,0
100000,0
120000,0
Produçãolocal RedeElétrica Necessidades
71
5.4.5. Análiseeconómica
Demodo a avaliar se a solução é viável do ponto de vista económico, analisam-se os principais
indicadoresderentabilidade,talcomoataxainternaderentabilidade(TIR),otempoderetornoao
investimento,ovaloratualizadolíquido(VAL)earelaçãobenefícioecusto(B/C).
OVALavaliaqualasomadetodasasreceitasecustos,atualizadosaumadeterminadataxa,desdeo
inicioatéaofinaldohorizontedeprojeto.
A taxa interna de rentabilidadedoprojeto determina a taxa que torna oVAL zero para umdado
horizontetemporal.
Aanáliseéefetuadaparaváriastaxasdeatualização,entre3%e10%,sendoestataxaumamedida
do risco inerente ao projeto, utilizada para atualizar receitas ou custos que apenas ocorrem no
futuro.
ArelaçãoentreataxadeatualizaçãoeaTIRpermitedeterminaraviabilidadedoprojeto:paraum
taxadeatualização/TIRRmenorque1,oprojetonãoéviávelpoisnãoofereceumretornosuperior
aorisco,enquantoqueparavaloresacimade1,oprojetotemumarentabilidadesuperioraorisco.
O valor do B/C permite conhecer se o projeto cria valor, para valores superiores a 1, ou se, pelo
contrário,destróivalor.
Paraocasobase,oinvestimentoinicialecustodemanutençãoanual,paraasdiferentestecnologias,
são apresentados na Tabela 5.20, derivados da pesquisa efetuada no capítulo 3. Os valores são
coerentescomaquelesoferecidosporfabricanteseinstaladores.
Tabela5.20-Investimentoecustosdeoperaçãoparadiferentesfontesdeenergia Investimento
(€/kW)
O&M
(€/kWh)
EnergiaTérmica
Solar 1200 12,0
Biomassa 1000 20,0
EnergiaElétrica
Mini-eólica 3300 66,0
Fotovoltaica 2100 21,0
Mini-hídrica 2500 50,0
72
Moradia
Considerandoocasobaseeadotandoomixapresentadona figura5.6,procede-seaocálculodos
indicadoresdeavaliaçãoeconómica,demodoaanalisaraviabilidadedeimplementarumconjunto
desoluçõesrenováveisparasuprimirasnecessidadesenergéticasdamoradia.
Nãoseconsideraainstalaçãodemini-hídricadevidoàsuararaocorrênciaemzonasurbanasepor
nãoexistiremestudosquecomprovemaadoçãodevaloresdereferencia.Assim,omixapresentado
limita-seaosolartérmico,solarfotovoltaicoeeólica.
Figura5.6–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumamoradia
A solução analisada permite fornecer a totalidade da energia anual necessária, sendo a energia
fotovoltaica a principal fonte de energia, naturalmente devido à grande ocupação de área da
cobertura, e tendo como segunda fonte principal as turbinas eólicas, em par demodo a garantir
segurança em caso de avaria. A energia solar térmica produz 100% da energia térmica para
aquecimentodeAQSenquantoqueaenergiaelétricaé fornecidaporenergia solar fotovoltaicae
energiaeólica(Figura5.7).
Figura5.7–ProporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadamoradiaemkWh
SolarTérmico Área=
10m24%cobertura5coletores
SolarFotovoltaico Área=
48m221%cobertura24módulos
Eólica 2turbinas
3kWpotênciacada
Fotovoltaico,12288,0,
54%
Eólica,10512,0,46%
73
Quando comprada à rede, a energia tem um determinado custo consoante a empresa e a tarifa
escolhida.Napresentedissertação,considera-sequeaenergiasolartérmicasubstituiogásnatural
como fonte de energia para aquecimento de AQS. O preço do gás natural assumido é de
0,0861€/kWh10,comIVAde23%incluído.Oprodutoentreodopreçodogásnaturaleaprodução
de energia térmica proveniente dos coletores solares, é o valor total poupado pela utilização de
energiasolartérmica.
Analogamente,opreçodaeletricidadeconsideradoéde€0,1634/kWh11,valoraoqualacresceIVA
de 23%, resultando assim num custo total de 20cent/kWh. O produto entre o do preço da
eletricidade e a produção de energia elétrica proveniente das fontes renováveis, é o valor total
poupado.
Oinvestimentototaléde42800€,comcustosdemanutençãoeoperaçãoanuaisde725€.Ocusto
energético anual total da moradia recorrendo à rede de energia convencional, é de
aproximadamente5200€enquantoqueasomadoinvestimentoanualedoscustosdeoperação,é
de2400€.Assim,apoupançaanual,sematualizaçãodosvalores,éde2800€.
Assumindo um horizonte temporal de 25 anos, calculam-se os índices e valores de avaliação
económicarelevantes(Tabela5.21).
Tabela5.21–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasenumamoradia
taxaatualização VAL Períodoretorno(anos) TIR IRR/ta B/C
3% 36856,77€ 10
10%
3,41 1,826% 16302,98€ 14 1,71 1,348% 7287,59€ 17 1,28 1,1210% 678,26€ 24 1,02 0,95
A taxa internade rentabilidadedesteprojetoéde10%, contudo, este valor carecede significado
quandoanalisandodeformaisolada.
A escolha da taxa de atualização a utilizar depende a perceção de risco do investidor e da
comparação deste tipo de projeto com outros existentes. Para taxas baixas o projeto é bastante
interessantecomumperíododeretornoinferioraos14anos.
10http://www.galpenergia.com/PT/ProdutosServicos/GasNatural/Mercado-Regulado/Tarifario/Paginas/Tarifario.aspx. Consultadonodia12/03/201611http://www.edpsu.pt/pt/particulares/tarifasehorarios/BTN/Pages/TarifasBTNate20.7kVA.aspx.Consultadonodia12/03/2016
74
Paraumataxadeatualizaçãode8%,oprojetotemumIRR/tade1,28eumB/Cde1,12, logocria
valoreteminteresseparaoinvestidoremboraoperíododeretornode17anossejarelativamente
elevado.OVALédeaproximadamente7300€aofimdos25anosdevidadoprojeto.
Paraumataxadeatualizaçãode10%,oprojetoéviávelcomumperíododeretornoaoinvestimento
de24anoseIRR/tadeapenasde1,02.TendoemconsideraçãoarelaçãoB/Cinferiora1,0conclui-
sequeoprojetodestróivalorparaestataxadeatualizaçãomesmoqueoVALsejapositivoem680€
aofimdos25anosdevidaconsiderados.
Edifício
Os desafios referentes às diferentes fontes de energia foram discutidos anteriormente, sendo
definidoummixqueconsideraenergiasolartérmica,energiasolarfotovoltaicaeenergiaeólica.
Considera-se a instalação de 23 coletores solares térmicos, 50 módulos fotovoltaicos e ainda 2
turbinasde3kWcada(Figura5.8).
Figura5.8–Mixconsideradoparaaanáliseeconómicadeumedifício
O mix considerado não permite fornecer a totalidade da energia necessária do edifício, sendo
necessáriorecorreràredeelétricaparasuprimir46%dasnecessidadesenergéticas(Figura5.9).
Figura5.9–ProporçãodeproduçãoanualdeenergiaelétricaparaaanáliseeconómicadeumedifícioemkWh
SolarTérmico Área=
46m211%cobertura23coletores
SolarFotovoltaico Área=
200m250%cobertura50coletores
Eólica 2turbinas
3kWpotênciacada
Fotovoltaico,51200,0,45%
Eólica,10512,0,
9%
Redeelétrica,52288,0,46%
75
Grandeparadacoberturaestácobertacomcoletoressolaresecommódulos fotovoltaicos,sendo
necessário avaliar a resistência da cobertura para o incremento de peso. Adicionalmente é
necessárioavaliaramelhorformade instalaçãodasturbinaseólicas,emespeciala ligaçãoentrea
baseeacobertura.
Assumindo que os problemas de viabilidade física são ultrapassados, procede-se à análise
económicadomixdesoluçõesconsideradoparaumedifíciode5pisos.
O investimento total é de aproximadamente 118 065 €, com custos de manutenção e operação
anuais de 1 477€. Este investimento permite poupar anualmente 15 500€, reduzindo a fatura
energéticaanualpara10500€.
Assumindo um horizonte temporal de 25 anos, calculam-se os índices e valores de avaliação
económicaquesãoapresentadosnaTabela5.22.
Tabela5.22–Resultadosdaanálisedeviabilidadeeconómicaparaocasobasedeumedifício
taxaatualização VAL Períodoretorno(anos) TIR IRR/ta B/C
3% 131644€ 8
12%
4,08 2,076% 66784€ 11 2,04 1,528% 38241€ 13 1,53 1,2710% 17247€ 16 1,22 1,08
Paraumataxadeatualizaçãode10%,oprojetoéviável,apresentandoumperíododeretornode16
anos e um VAL de 17 247€ ao fim dos 25 anos de horizonte de projeto. O IRR/ta é de 1,22 e o
projetocriavalorcomumB/Cde1,08.
É importante salientar, a rentabilidade para uma taxa de atualização de 8%, emque o tempode
retornoéde13anoseoprojetocriavalor,comB/Cde1,27eIRR/tade1,53.
76
6. Discussãoderesultados
6.1. Aabordagemefetuada
A abordagem efetuada que sistematiza a evolução e importância de considerar a viabilidade das
renováveisbemcomoomodeloutilizadoparadeterminaçãodomix,temcomoobjetivooestudode
soluçõesquepermitamaumamoradiaouedifício, ter independênciaenergéticaparaoperar sem
recorrer à rede elétrica convencional. Esta abordagem tem como objetivo, impedir a compra de
energiaelétricaàrede,cujopreçoésignificativamentesuperioraocustomédiodasrenováveis.
Assim, começa-se por implementar coletores solares demodo a satisfazerem as necessidades de
energiatérmica,exclusivamenteparaaquecimentodeáguassanitárias(AQS).Estaabordagemtem
como fundamento a obrigação legal de utilização deste tipo de solução em construções novas,
explicadopelaelevadamaturidadeeeficiênciadesta fontedeenergia,aqueacresceovalormais
reduzidodecustoportermias(kWh)produzido.
Deseguida,tendodimensionadooscoletoressolaresdemodoaforneceremporsisótodaaenergia
necessária para AQS, procede-se ao cálculo da área de módulos fotovoltaicos necessária para
fornecerenergiaelétrica.Tendoemcontaaeficiênciadestatecnologiaserianecessárioáreasmais
elevadas para satisfazer todas as necessidades energéticas, sendo necessário recorrer a outras
tecnologias,reiterandoaimportânciadeexistirummix.
A definição de áreas de ocupação da coberturamáximas, tem como objetivo definir um limite a
partir do qual é fisicamente inviável aumentar a área de módulos fotovoltaicos, seja devido a
necessidades de espaço de tubagens dos coletores e módulos ou por existirem outras
infraestruturas importantes nas coberturas. Define-se como área máxima 50 a 60% da área da
cobertura.
Aincorporaçãodeturbinaseólicas,temcomoprincipalfunçãoaumentararesiliênciadosistemade
produção,permitindocomplementardiferentesfontesdeenergiacomhorasdeproduçãodistintas.
Não se considera como limitante o espaço ocupado pela tecnologia eólica, sendo feita a
simplificaçãodequea turbinapodesercolocada,naáreanãoocupadadacobertura,emespecial
emcasosdeexistiremcoberturascomorientaçãoNorte.
Podesernecessárioaconstruçãodeumaestruturaadicionalparaviabilizarainstalaçãodasturbinas
eólicas,contudoessadecomposiçãomaisdetalhadanãoéefetuada.
77
A incorporação de uma solução hídrica poderá ser interessante em zonas do país com maiores
recursos hídricos, em especial em zonas de serras. Em zonas urbanas, porém, é difícil a sua
instalaçãoenãoexistemuita informação sobreo tema, sendo interessante, no futuro, explorar a
energiapresentenosistemadeabastecimentodeáguadeformaacontrolarapressãodosistema.
Omodeloeconómicoutilizaummixdeterminadoanteriormenteàanálise,erecorreaomodelodos
fluxos de caixa atualizados. Considera o capexe oopexmédio determinado no capítulo 3, sendo
possívelalterarestes inputspara incorporarvaloresde fornecedoreseempresasde instalação.As
receitas do modelo são o valor da energia poupado por não recorrer à rede energética, sendo
possívelconsideraravendadoexcessodeenergiaproduzida.
O modelo permite avaliar a poupança consequente da instalação de energias renováveis. O VAL
corresponde ao valor poupado em comparação com compra à rede ao fim do tempo de vida
considerado.
A dissertação apresenta resultados para uma moradia e para um edifício, sendo possível obter
resultadosparaconjuntosdemoradiasouedifíciosassimcomoparabairrosecidades.Revelandoa
necessidades de quando se passa da moradia para o edifico de considerar áreas e zonas mais
alargadasparaassegurarasnecessidadesenergéticas.
A escolha entremaximizar o retorno económico ou garantir segurança energética é fundamental
paraarentabilidadedoprojeto.Porumlado,atravésdaotimizaçãodaáreadesolarfotovoltaico,é
possívelproduzirumaquantidadedeenergiapróximadasnecessidadesenergéticas,correndoassim
oriscodeterquerecorreràredeelétricaparafornecimentodeenergiaemdeterminadosperíodos.
Por outro lado, a segurança energética implica a utilização de áreas de coletores superiores,
aumentando os custos do projeto e obrigando a vender o excesso de energia para evitar perdas
económicas.
Asegundaopção,de instalarumaáreadecoletoressuperioraquelanecessária,éumaopçãoque
dependedapossibilidadedevenderenergiaàredeemperíodosdeexcessodeproduçãodeformaa
compensarmomentosdeproduçãoinsuficienteemquesecompraenergiaàrede.
Emcasodeproduçãodeenergiaemexcesso,omodeloéconservadorenãoconsideraavendade
energia à rede. Contudo, como o modelo utiliza consumos anuais não analisa a variação de
produçãoaolongododianemtememcontaoperfildeconsumodiário,assume-sequeaenergia
produzidapodeservendidaàredeemperíodosdeexcessodeproduçãoequeaquantidadevendida
podesercompradaàredeemperíodosdedéficedeprodução.
78
6.2. Limitaçõesdomodelo
Limitaçõestécnicas
Aabordagemefetuadanãoanalisadetalhadamenteolocaldeestudologonãoseconsideraoperfil
de sombreamentos da cobertura, nem a qualidade do vento in loco nem sequer a medição de
caudal.Estaabordagemdeve-seaoselevadoscustosinerentesaosestudosnecessáriosparavalores
maisconcretoseàimpossibilidadedeobter,notempodefinidoparaconclusãodatese,valorescom
representaçãotemporalsuficiente.
De modo a obter valores mais consistentes, é importante conhecer a proporção da cobertura
orientadaasulerestantesdireções,deformaacalculararealeficiênciadoscoletores.Aexistência
de obstruções, que podem causar sombreamentos, também reduz a produção de energia, sendo
fundamentalumaanáliseprecisaparacadacobertura.
Assim, os valores obtidos são gerais e de referencia, obtidos na análise bibliográfica efetuada em
capítulos anteriores. Assim, mais que dimensionar detalhadamente uma tecnologia, procura-se
conhecer as possibilidades de implementação de soluções energéticas renováveis, podendo para
casosmaisespecíficosaprofundarparaobtervaloresmaisrefinados.
Limitaçõeseconómicas
Omodeloeconómiconãoconsideraainflaçãologo,opreçodaeletricidademantém-seconstanteao
longodosanos.Outrasimplificaçãofoiassumiravendadeenergiaelétricaaopreçodecompra,não
considerandoaexistênciadetarifasparaproduçãoemregimeespecial,umasimplificaçãodo lado
conservativo.Estesenárioseráeventualmenteconfirmadonofuturo,quandoasfontesdeenergia
renovávelnãonecessitaremdesubsidiaçãoouaindaemtemposdedificuldadeseconómicasemque
osgovernosdeixamcairmedidasdeapoioàsrenováveis.
Omodeloconsideraumtempodevidaútil totalde25anos, sendoqueasvárias tecnologias têm
tempos de vida diferentes. Este período de vida poderá ter limitações consideráveis, sendo
necessárioclarificarquaisoscustosnecessáriosparaquesejapossívelatingirestetempodevida.
Assim, destaca-se outra limitação do modelo relacionada com a não consideração de custos de
reposiçãodemateriais, quandoépossível queesses custos se venhamamaterializarnodecorrer
destetipodeprojetos.
O modelo apenas considera OPEX anual, assumindo este custo como suficiente para garantir o
adequado funcionamento das tecnologias ao longo dos 25 anos. Numa análise mais refinada e
avançada, é importante incorporar os custos de reposição de materiais, podendo considerar um
modelobaseadoemTOTEX(totalexpenditure)emsubstituiçãodoCAPEXeOPEX.
79
6.3. Análisesensibilidades
Demodoacompreenderarelaçãoentreasdiferentesvariáveisecomosealteraarentabilidadedo
projeto consoante os diferentes inputs, realiza-se uma análise de sensibilidades. A análise de
sensibilidade é feita considerando uma taxa de atualização base de 8%. Definem-se as seguintes
sensibilidades:
• Reduçãodaproduçãoanualdeenergia solar fotovoltaica2%e5% -umproblemacomum
nos módulos solares FV é a redução da produção de energia devido à acumulação de
sujidadeedeterioraçãodosmateriais;
• Avariadeumaturbinadurante1anonoano5–Umdosproblemasprincipaisdasturbinas
eólicaséanecessidadedeparagensparamanutençãoouemcasodeavaria,levandoaque
existaumimpactosignificativonaproduçãoenergética;
• Investimento±10%-Oinvestimentoinicialéumdosprincipaisfatoresnatomadadedecisão
deinstalaçãodefontesrenováveis,contudooseuvalorvariaconsoanteolocaldeaplicação,
a tecnologia escolhida e o fabricante. Semque se realizar umestudo pormenorizado que
permita obter um orçamento pormenorizado, é necessário avaliar a sensibilidade a
diferentesníveisdeinvestimento;
• O&M±20%-Ocustodeoperaçãoemanutençãodastecnologiasrenováveisvariaconsoante
o fabricanteeascondiçõesno localde instalação.Logo,considera-seumaoscilaçãodeste
custosuperioràdoinvestimentoinicial;
• Preçodogásnaturaledaeletricidade±10%-Opreçodaeletricidadeegásnaturaldefine
qualapoupançanafaturaenergéticadevidoàinstalaçãodefontesrenováveis.Éimperativo
avaliaroimpactodealteraçõesnopreçodaenergianoprojeto.
80
Osresultadosdaanálisedesensibilidadessãoapresentadosnafigura6.1.
Moradia
ta=8%
TIR=10,24%(VAL=€7287,59)
TIR=1,28ta AvariaTurbina
10,08%(6753,65)
1,26ta
AvariaFV2%
10,01%(6570,29)
1,25ta
AvariaFV5%
9,84%(5952,74)
1,25ta
Investimento
8,9%(3176,54) 11,87%(11398,64)
1,11ta 1,48ta
O&M
9,77%(5719,85) 10,72%(8855,33)
1,22ta 1,34ta
Preçoeletricidade
8,52%(1663,9) 11,94%(12911,28)
1,06ta 1,25ta
Figura6.1–Resultadosdaanálisedesensibilidadeparaamoradia
Analisandoafigura5.8verifica-sequeasturbinaseólicasconstituemumriscoelevadoparaestetipo
de projeto devido à possibilidade de redução de produção elevada aquando de uma avaria. O
impactodeumaturbinaeólicanãooperardurante1anonoano5doprojeto,levaaumaredução
derentabilidadedoprojetoconsiderável.Estareduçãoémaiorqueaverificadanocasodaprodução
anualdeenergiasolarfotovoltaicaser2%menorqueaesperada.
Observa-se que o projeto se mantém rentável para uma produção anual de energia solar
fotovoltaica5%inferioràesperada.
Valores de investimento 10% inferiores ou superiores têm impacto muito significativo na
rentabilidade do projeto enfatizando a importância de analisar minuciosamente o custo de
instalaçãoparaumdeterminadolocalconsultandofabricantesecomerciais.Diferençasdecustode
manutençãoeoperaçãotêmumimpactolimitadoparavaloresdeO&Mbaixos.Grandesflutuações
deO&M,superioresa50%,têmimpactosignificativo,sendoigualmenteimportanteconhecerestes
valoresquevariamconsoanteaempresa.
81
Finalmenteobserva-sequeopreçodaeletricidade temumpapelpreponderantena rentabilidade
doprojeto,podendoalterarmuitosignificativamenteosresultados.
6.4. Implicaçõesdosresultados
Mix
Umresultadointeressanteetransversalaqualquercaso,éoda importânciadeexistirummixde
soluções que permita, por um lado, reduzir a dependência energética da rede energética, e por
outro lado,oferecer flexibilidadee redundância ao sistema.Aanáliseefetuadapermite analisar e
salientar algumas das vantagens e desvantagens de uma solução commix, apresentando-se os
comentários mais relevantes na Tabela 6.1 Sob a forma de uma análise SWOT (Strenghts,
Weaknesses,OpportunitiesandThreats).
Tabela6.1–AnáliseSWOTparaumasoluçãocommix
Forças
• Complementaridade entre opções (ex:solareeólica);
• Possibilidade de produção de energiadurante períodos de avaria ou baixaproduçãodeumatecnologia;
• Maiorcapacidadederesponderapicosdeprocura.
Fraquezas
• Tecnologias dependentes de condiçõesatmosféricas;
• Utilização de fontes de energia poucoeficientesempequenaescala(mini-eólica);
• Investimentoinicialelevado;• Manutenção elevada para algumas fontes
(ex:mini-eólica);• Necessidade de operar tecnologia (ex.
Biomassa).
Oportunidades
• Possibilidade de vender excesso deproduçãoàrede;
• Possibilidadede independênciaenergéticatotal;
• Possibilidade de retorno ao investimentointeressante.
Ameaças
• Dificuldadedeimplementaçãoemedifíciosantigosdevidoaopeso(ex:solar)edevidoàsvibrações(ex:eólica);
• Necessidadederecorreràredeelétricaemsituaçõesdebaixaprodução;
• Redução drástica de produção duranteavarias(ex:Eólica).
Zerodaenergia
Osresultadosdomodeloparaocasodeumamoradiaevidenciamumaoportunidadeinteressante,
ondeépossível chegarpróximodoquase zerodaenergia. É fundamental existir uma reduçãode
consumosemaioreficiênciaenergéticadeformaagarantirozerodaenergia,emborahajapotencial
paraatingiresseobjetivonascircunstânciasatuais.
82
Nocasodosedifícios,nãoépossívelatingiroquasezerodaenergianascondiçõesatuais,contudo,
asfontesrenováveiscontribuemparareduziraenergiaemquase50%.Deformaaatingiroquase
zero da energia nos edifícios, é necessário que a tecnologia e sistemas caminhe para umamaior
eficiência no consumo de energia, seja através da utilização de equipamentosmais eficientes ou
atravésdealteraçõescomportamentaisouaindaatravésdepraticasconstrutivasmaiseficientes,no
casodeedifíciosnovos.
Viabilidadeeconómica
Omodeloavalia seovalordaenergiapoupadapela instalaçãodas fontes renováveis compensaa
somadocapex eopex.Os resultadosdemonstramqueexisteumpotencialdepoupançaelevado,
evidentepelaexistênciadeVALpositivosparataxasdeatualizaçãopróximasdos10%.
Osresultadosdaanáliseeconómicaparaoedifíciosãosuperioresaosverificadosparaumamoradia,
em que o edifício tem uma TIR de 12% em comparação com os 10% damoradia. Este resultado
deve-seàmaiorproporçãodeenergiafotovoltaicanosedifícioseporestaserumafontedeenergia
maiseficienteebarataqueamini-eólica.
6.5. Aplicabilidade
Aplicabilidadeoutrasmoradias
Omodelopodeserutilizadoparaqualquermoradiacomdimensõesvariáveis,sendopossívelalterar
omixdeformaaaproveitarrecursosnaturaisdistintos,existentesnazonaemanálise.Dependendo
doobjetivo,pode-seavaliarprojetosqueprocuremozerodaenergiaousimplesmenteprojetosque
procuramincorporarfontesrenováveisdeformarentávelmantendoaligaçãoàrede.
Amaiordificuldadedeaplicabilidadeadiferenteszonas,deve-seàdificuldadedeobtençãodeinputs
adequadosemtermosdequalidadedosrecursosnaturais.Éfundamentalumestudominuciosodas
condiçõesnolocaldeaplicaçãoquepermitaobtervaloresprecisos.
Aplicabilidadeoutrosedifícios
Paraalargaraanáliseaoutrosedifícios,énecessárioteremcontaasdificuldadesinerentesacada
caso. Por um lado, é necessário avaliar a viabilidade física analisando a qualidade dos recursos
naturais e tendo em conta que muitos edifícios existentes não têm condições para instalar
tecnologiasrenováveis,eporoutro ladoéfundamentalavaliaraviabilidadesocial.Apossibilidade
deimplementarfontesrenováveisnumedifícioobrigaaqueexistaumaaceitaçãogeraldetodosos
inquilinos. Torna-seassim fundamental chegar a consensos,muitas vezes complexosedemorado.
83
Podem tambémexistir problemasde viabilidade legal e ambiental devido ao impactode algumas
tecnologiasnolocaldeinstalação.
Dopontodevistaeconómicoaaplicabilidadeaoutrosedifíciosfazsentidonamedidaemqueexiste
potencial para haver retorno ao investimento. É necessário definir como se investe e como se
repartemosbenefícioseconómicos.
Aplicabilidadeàcidade
No caso de implementação da solução a uma escala maior, afloram diversos problemas de
viabilidadeconstrutivaesocial.Torna-senecessárioavaliarosedifíciosalvodeintervenção,demodo
a compreender se existem condições para instalação das diversas tecnologias e avaliar se a
populaçãoeautoridadescompetentesconcordamcomainstalação.Éportantocomplexoepoderá
dependerdaobtençãode licençasemmuitas zonasdacidade,ondealgumas tecnologiasnão são
bemaceitespelasentidades locais.Àescaladacidadeodéficedeproduçãodeenergiaverificado
paraoedifícioseráampliado,tornandoaredeenergéticafundamentalparaobomfuncionamento
do sistema. O zero de energia é quanto mais difícil de atingir quanto maior for a escala sendo
fundamentalreduzirosconsumos.
Embora a solução natural para o défice de energia produzida localmente seja a de compra de
energiaàrede,existeapossibilidadedeaproveitaralgumaszonasdacidade,atravésdainstalação
defontesdeenergiarenováveldemaiordimensão,talcomoaenergiaeólicaonshoreeoffshore,a
energiamarítimaeaindaaenergiadebiomassa.
6.6. Recomendações
Noquedizrespeitoadesenvolvimentosfuturosédereferirqueexistepotencialdepoupança,tanto
paramoradias comopara edifícios, atravésda instalaçãode fontesdeenergia renovável. Embora
seja interessantea instalaçãodeummix, de formaaproduzirenergiaemcondiçõesatmosféricas
distintas, é necessário avaliar a qualidade dos recursos existentes de forma a garantir o
funcionamentoeficientedasfontesrenováveis.
A implementação duma solução que permita a produção da totalidade da energia consumida,
através de tecnologias renováveis, é interessante pela possibilidade de independência energética,
pelopotencialderetornoeconómicoatravésdapoupançaeporreduzirasemissõesdeCO2eoutros
gasesdeefeitodeestufa.Contudo,devidoà intermitênciadas fontesdeenergia renovávelepela
sua difícil implementação em zonas urbanas já desenvolvidas, pode ser difícil atingir o zero da
energia.Emconsequência,torna-sefundamentalexistirumequilíbrio,utilizandoaredecomofonte
84
alternativaedeve-seprocurarreduzirosconsumosdeformaatornarozerodaenergiamaisfácilde
atingir.
A instalaçãodefontesdeenergiarenováveldeveserfeitadepreferênciaemlocaiscomqualidade
derecursoselevada,apósaexecuçãodemediçõesinloco.Abuscaporumsistemaenergéticomais
eficiente não se cinge apenas ao consumo de energia, devendo considerar a produção. Deve-se
investiremprojetosquecriemvalorequesejamtãorentáveismesmoquesejamasalternativasde
maiorescala.Ditoisto,destaca-seaimportânciadaanálisedeprojetosemzonasnãourbanasonde
aqualidadede recursospodesermaiselevada,procurando-se reduzirasperdasde transportede
energiaatravésdeI&D.
A instalação de tecnologias renováveis emmeio urbano não faz sentido semque exista ligação à
rede.Porumlado,permitecomprarenergiaemperíodosdefracageraçãoeporoutroladopermite
vender energia à rede durante períodos de excesso de produção. Sem ligação à rede, seria
necessário um mix que garantisse a geração de energia sob condições atmosféricas distintas,
oferecendoresiliênciaaosistemae,adicionalmente,serianecessárioa instalaçãodebateriaspara
armazenamentodeenergiaparaconsumirposteriormente.
Aenergiaemzonaurbanacolocadesafiosconsideráveisemespecialdenegociaçãoeentendimento
entreasdiferentesentidadesenvolvidas.Adificuldadedeentendimentoentre inquilinosdepende
daclarezadosbenefíciosenvolvidossendoimportanteexistircertificaçãoqueretiredúvidasquanto
àqualidadedastecnologias.
EmpaísescomoPortugal,ondeas fontesrenováveistêmumpesoconsiderávelnomixdeenergia
elétrica,éfundamentalexistircentralizaçãodaproduçãodeenergia,deformaagarantirumagestão
mais eficaz e eficiente da energia produzida eg: instalações hídricas com bombeamento que
aproveitam o excesso de energia eólica para armazenar água. Nestas situações a instalação de
fontesrenováveisemmeiourbanoterámenorimpactonomixtotal,podendoaumentaraprodução
deenergiasolarfotovoltaica.
A produção distribuída tem interesse para a população em geral, tanto pela sua viabilidade em
moradiasunifamiliares,comoemedifícioscomdiversasfamílias.Existeumaexternalidadepositiva
quecontribuiuparaobem-estardasociedadeemgeral,cujoimpactedeveservalorizado,aindaque
oimpactevisualnegativosejamaisevidente.
A formaçãodeumaentidadesupervisoraé fundamentaldeformaagarantirocontroloadequado
das tecnologiascomercializadas,atravésdacertificaçãodosmateriais, fabricanteseempresasque
comercializamastecnologias.
85
Do ponto de vista das garantias das diferentes tecnologias, é necessário esclarecer quem é
responsável pelamanutenção das diferentes fontes de energia e durante quanto tempo. Apenas
com garantias claras por parte dos fabricantes é possível reduzir o risco de forma a tornar estes
projetosviáveis.
Existemargemparaaformaçãodeempresasquefaçamagestãodosistema,atravésdainstalação,
operação e manutenção das tecnologias instaladas, desenvolvendo um modelo de negocio que
permita tornar a exploração destas tecnologias em meio urbano rentáveis, ultrapassando as
dificuldades existentes. As empresas gestoras seriam responsáveis pela correta avaliação do
potencial energético da moradia ou edifício, ficando encarregues de gerir as relações entre os
habitanteseasentidadeslocaisassimcomoarelaçãoentrediferentesinquilinosnumedifício.
Ointuitodestasempresasseriadeobteromaiorretornoeconómicopossível,aproveitandoagestão
de um conjunto de moradias ou edifícios para obter economias de escala e assim, melhorar a
rentabilidadedestesprojetosparaalémdos10%deTIR.
Do ponto de vista tecnológico e físico não existem limitações à possibilidade de injetar energia
produzidaemexcessona rede, contudoomodelo consideraqueestaenergiaé remuneradapelo
mesmovalordecompradeenergiaàrede.Éfundamentalqueaenergiaproduzidaemexcessoseja
injetada na rede e remunerada por um valor igual ao do preço de compra de energia, sendo
necessárioqueexistalegislaçãoclaraemrelaçãoaestetópico.
87
7. Conclusões
Aimplementaçãodefontesdeenergiarenovávelemmeiourbanoéumtemadegrandeinteresse
nocontextoenergéticoatual,devidoànecessidadedereduçãodeemissõesdeGEEepeladefinição
deobjetivosqueprocuramreduzirapreponderânciadoscombustíveisfósseisnasociedade.
Osectorenergéticoédominadoporfontesdeenergiapoluentesefinitas,sendoque80%daenergia
primáriamundialénãorenovável.Odesafiopassaporaumentaraproporçãodeenergiaproduzida
através de fontes renováveis, nomeadamente a energia hídrica, a eólica e a solar, sem que isso
tenha impactes negativos no crescimento económico dos países, em especial dos países em
desenvolvimento.
A energia renovável é vista como uma forma de reduzir a pobreza energética de muitos países,
contribuindoparamelhoraraqualidadedevidadepopulaçõesondeaeletricidadee climatização
são inacessíveis.Contudo,dopontodevista industrialepara zonasurbanasdegrandedimensão,
existe ainda uma forte tendência de investimento em fontes de energias fóssil devido à sua
estabilidadenaproduçãodeenergiaeindependênciadecondiçõesatmosféricas.
As zonas urbanas são núcleos de elevado consumo de energia devido à sua elevada densidade
populacional e intensa atividade económica. Os edifícios são responsáveis por uma proporção
significativa deste consumo e ocupam uma grande área nas zonas urbanas, logo apresentam-se
comopossíveislocaisdeproduçãodeenergia,evitandoasperdasocorridasnatransmissão.
Tendoemconsideraçãoascondicionantesexistentes,as fontesdeenergiarenovávelconsideradas
napresentedissertação foramaenergia solar térmica, solar fotovoltaicaeeólica, comvistaà sua
instalaçãoemcoberturas,fachadaouzonasverdes.
Ascoberturasefachadasdosedifíciosapresentam-secomoos locaisdeproduçãodeenergiamais
viáveis sendo estas as áreas com menor utilização no dia-a-dia. Não obstante, existem desafios
consideráveisnainstalaçãodetecnologiasnesteslocais,talcomoaexistênciadesombreamentose
obstruções, outros equipamentos e ainda constrangimentos legais e sociais que dificultam a sua
utilização.
A energia hídrica foi desconsiderada na análise final pela baixa frequência de recursos hídricos
consideráveisemzonasurbanas(excluindodestaanáliseriosdemaiordimensãoondeseriapossível
implementarmini-hídrica). A energia de biomassa é uma fonte interessante devido ao seu preço
reduzidoeelevadorendimento,contudoexigeoperaçãoemanutenção,algodifícildeimplementar
emedifíciosmultifamiliaresporquestõesculturaisedelogística.
88
Umresultadofundamentalaqualquercaso(quernamoradia,quernoedifício),éodaimportância
deexistirummixdesoluçõesdeenergiasrenováveisequeasuaevoluçãoascolocacadavezmais
comoessenciais.
Aanálisedeviabilidadeabrangediversosprismascujaanálisepermite retirar ilações importantes.
Por um lado, a viabilidade física surge como uma dificuldade para a implementação de energias
renováveis emedifíciosexistentes, poispoderãonão ter as condiçõesestruturaisparaaguentar a
instalaçãodastecnologiasporexemplo:pesocoletoresemódulosevibraçõesdaturbinaeólica.
Por outro lado, nas novas construções, será possível o dimensionamento dos edifícios para
permitirainstalaçãonomomentoouposteriormente.Assim,torna-seimportantecriarlegislação
quecrieasbasesparaumfuturomaistransparenteeclaroparaastecnologiasrenováveis.Outro
fator importanteparaavaliaraviabilidade físicadas fontes renováveiséaqualidadedos recursos
naszonasemanálise,sendonecessárioefetuarumaanálisepormenorizadaparacadacaso.
Do ponto de vista da viabilidade económica é possível identificar um potencial de poupança
elevado devido à maturidade das fontes de energia consideradas. Os inputs considerados são
valores de referencia, contudo permitem verificar que existem condições para recuperar o
investimentonumperíodorelativamentebaixo.Aanálisedesensibilidadestornaevidenteosriscos
da energia mini-eólica devido à sua baixa redundância ie: existe risco de grandes quebras de
produçãoemcasodeavaria.
Aviabilidadesocialelegaldeveserestudadaparacadasituaçãopoisdependedoscomportamentos
culturais,dalegislaçãoemvigoredaformacomosepretendeimplementarasfontesrenováveisie:
seéporimposiçãolegalouporiniciativaprivada.Aviabilidadeambientalénormalmenteverificada
emzonasurbanaspoisosriscosambientaissãonormalmentereduzidos.
Oquase zerodaenergiapodeseralcançadoemmoradiasunifamiliaresatravésdaproduçãode
energia localmente, contudo é nos edifícios que se edificam os maiores obstáculos devido ao
menor potencial de geração de energia per capita. Em ambos os casos a redução de consumos
constitui um fator para possibilitar o quase zero da energia, seja através de maior eficiência
energéticadoedifícioounoconsumo.Alteraçõescomportamentais sãoumassuntoquedevia ter
maioratençãosocial,sendoimportantesensibilizaraspessoasparaosimpactesqueamudançade
hábitosconstitui.
As energias renováveis são viáveis em zonas urbanas desde que existam recursos naturais de
qualidadeedesdequeosedifíciostenhamcondiçõesparaseincorporaressastecnologias.Aanálise
dasuaviabilidadenoscasosdeestudodamoradiaeedifícioevidenciam:
89
• parao casodeumamoradia evidenciamumaoportunidade interessante, onde é possível
chegarpróximodoquasezerodaenergiasendodifícilnosedifíciossenãoseabordarauma
escaladobairrooudazonaurbana;
• A viabilidade começa a posicionar-se como interessante. Os resultados demonstram que
existe um potencial de poupança elevado, evidente pela existência de VAL positivos para
taxasdeatualizaçãopróximasdos10%.
• Osresultadosdaanáliseeconómicaparaoedifíciosãosuperioresaosverificadosparauma
moradia,emqueoedifíciotemumaTIRde12%emcomparaçãocomos10%damoradia.
Esteresultadodeve-seàmaiorproporçãodeenergiafotovoltaicanosedifícioseporestaser
umafontedeenergiamaiseficienteebarataqueamini-eólica,evidenciandoaimportância
deescolheromixadequado.
Aescolhadestetipodesoluçãopodetrazerbenefícioseconómicosparaqueminstalaatecnologiae
oseuimpactepositiveestende-seàsociedadeemgeralpelareduçãodeemissõesdeGEE.Nocaso
de não existirem recursos naturais de qualidade, não se deve promover a implementação de
soluçõesrenováveiscujorendimentoserábaixoepenalizadorparaaeficiênciaenergética.
Aescalaéumfatorpara importante,contudoéprecisamentenaszonasurbanasondeoespaçoé
mais escasso e onde existe maior dificuldade de instalação de soluções de maior dimensão,
usualmentemaiseficientes.Poroutrolado,instalaçõesdegrandedimensãoimplicaminvestimentos
elevadoseasuagestãoéusualmentefeitaporempresascomexperienciaeestruturaselevadasde
formaamelhoraraeficiênciaereduzircustos.
No futuro, reduções de preços, novosmateriais e tecnologiasmais eficientes poderão permitir a
instalaçãoemmaiornúmerodeedifícios.Atualmente,deve-seavaliaropotencialdecadamoradia
ou edifício, implementando as soluções renováveis nos casos em que a rentabilidade está
asseguradapelaqualidadedosrecursoslocais.
Desenvolvimentosfuturos
Éfundamentalodesenvolvimentodenovastecnologiasparamotivarumaimplementaçãodefontes
renováveismais extensa em zonasurbanas.O aumentodos rendimentosdas tecnologias permite
reduzir áreasde coletores solares térmicosedemódulos fotovoltaicos, reduzindoopeso sobrea
estrutura de edifícios ou aumentando a produção de energia nas coberturas. A tecnologia
fotovoltaicade terceira geração, quepermiteproduzir energia atravésdepelículas transparentes,
pode ser fundamental para ultrapassar problemas de área de cobertura insuficiente em edifícios.
90
Este tipo de tecnologia pode ser instalado em fachadas envidraçadas, nas telhas ou noutros
materiais,aumentandoopotencialdegeraçãodeenergiaelétrica.
O desenvolvimento das tecnologias de energia eólica deve procurar aumentar a sua fiabilidade
atravésdemelhoriasdosmateriaiseaumentodeeficiência,emespecialparavelocidadesdovento
variáveisedireçõespoucoconstantes.
Umadasdificuldadesexistentesnaavaliaçãodaviabilidadedefontesrenováveisemmeiourbano,é
afaltadedadossobreascondiçõesatmosféricaslocais.Emboraexistammapasdeexposiçãosolar
quepermitemavaliar a irradiaçãode cada zona, seria interessante fazer-seum levantamentodas
condiçõesparadiversascidades, fazendoummapeamentodaqualidadedeventoedaorientação
das coberturas. A alternativa consiste em analisar detalhadamente cada área onde se pretende
instalar as tecnologias renováveis, sendo esse custo imputado a quem pretende realizar o
investimento.
Omelhoramentodetecnologiaparaarmazenamentodeenergia,comoasbaterias,éfundamental
paraquesejapossívelatingirozerodaenergia.Énecessárioexistirinvestigaçãoedesenvolvimento
nestaáreaquepermitaporum ladoa reduçãodepreçosdasbaterias,assimcomooaumentoda
quantidade de energia armazenada. Atualmente é mais barata a utilização de albufeiras para
armazenamentodeenergiapotencial,sendofundamentalaevoluçãodasbateriasparacompetirem
com essa forma de armazenamento, pois é importante a existência de armazenamento barato e
eficienteàescaladamoradiaeedifício.
Aevoluçãotecnológicadeveseracompanhadaporumareduçãodepreçodastecnologias,deforma
a que estas possam ser competitivas e, consequentemente, serem comercializadas. Quantomais
cara for a tecnologia,menor será o potencial de poupança em relação à rede, logo é necessário
existirI&Depesquisaporpartedasempresasprivadas,associadaainvestimentopúblico,quegere
reduçõesdepreçosuficienteparaaumentaraatratividadeparaapopulaçãoemgeral.
Aanálisedaimplementaçãodetecnologiasrenováveisdeveolharparaalémdoretornoeconómico,
valorizandoosbenefíciosglobaisparaasociedade.Contudo,aquantificaçãodosbenefíciosindiretos
édifícil,tornando-senecessárioumalegislaçãoclaraeestávelqueincentiveoinvestimento,sendo
umaoportunidadeparadesenvolvimentosfuturos,nomeadamenteoutrasteses.
91
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II
AnexoI-EnergiaConceitosRelevantes
Dependênciaenergética
A dependência energética do exterior é um factor que permite quantificar a energia que é
importadapelopaís.Portugalapresentaumvalorhistóricodedependênciaenergéticade80a90%,
valoreselevadosdevidoàinexistênciadeproduçãonacionaldefontesdeenergiafóssil,cujopesona
produçãodeenergiaémuitoconsiderável,comosedemonstrouanteriormente.
Tendo em conta a situação da energia primária em Portugal em 2013, em que o petróleo
representava 45% da oferta, o gás natural 17% e o carvão 12%, é natural que ainda exista uma
grandedependênciaenergéticadoexterior,situando-senos73,9%em2013.
O sector dos transportes émaioritariamente alimentado por fontes não renováveis e representa
36% do consumo total de energia final logo, é natural que exista uma grande necessidade de
importaçãodeenergia.Osectorda industriaexigeelevadasquantidadesdeenergiacomelevados
picos,portantoimplicaquesejafornecidoporfontesfóssil,cujafiabilidadeémaior.Estessectores
representam um valor cumulativo de 68% do consumo total de energia final, contribuindo
significativamenteparaadependênciaenergéticasentidaemPortugal.
Figura2.10–EvoluçãodadependênciaenergéticaemPortugal,entre2000e2013,em%(DGEG,2015a)
O desafio de reduzir esta dependência energética é alimentado pelo crescimento das energias
renováveis, pois estas permitem produzir energia internamente e, em casos de maior produção,
exportaressaenergiaparaoutrospaíses.Aenergiahídricaeeólicativeremumpapeldeterminante
nareduçãodadependênciaenergéticaaolongodosúltimosanos.
Noentanto,devidoàvariabilidadedasfontesrenováveis,existemperíodosemqueadependência
energéticapodesubirconsideravelmente,comoaconteceunoanode2005.Devidoàsecaverificada
III
nesse ano, a produção de energia hídrica baixou consideravelmente, aumentando a dependência
energéticaquase5pontospercentuaisnumano.
A situação de dependência energética portuguesa coloca pressão na balança de pagamentos
nacionaldevidoàobrigaçãode importarenergiadeoutrospaíses.Portugaléo8ºpaíscommaior
dependênciaenergéticanaEuropa,commaisde20pontospercentuaisqueamédiaeuropeia.
InvestimentoeInovação
EmboraosectorenergéticorepresenteumamodestaporçãodoPIBdospaíses,exceptonospaíses
emqueexistemreservasdecombustíveisfóssil,oseuimpactonaeconomiaédetalformaelevado
quemuitosoutrossectoresdependemdosectorenergético.Aenergiaéocombustíveldegrande
parte dos bens e serviços consumidos tornando a economia inevitavelmente dependente da
estabilidadeevalordopreçodaenergia(EconomicForum,2012).
Estainfluêncianaeconomiadeve-seàextensãodasredesdefornecimentodeenergiaquecobrem
vastos sectores, a necessidade demão de obra especializada e bem paga com poder de compra
elevado e finalmente, por ser um sector com grandes necessidades de capital, com grande
capacidadedecriaçãodeemprego(EconomicForum,2012).
Um dos factoresmais importantes no sector energético é o investimento pois é ele que permite
aumentar a capacidade instalada para que a procura seja satisfeita. O investimento pode ser de
menorrisco,pelaconstruçãoeexploraçãodetecnologiasmadurascomvastosanosdeexperiencia
nomercado, ou pode ser demaior risco no caso de tecnologiasmais recentes. A importância de
destes investimentos abrange áreas como a transmissão de energia, a eficiência energética e
também a segurança energética demodo a tornar o sistemamais fiável, resiliente e sustentável.
Assim, continua a ser fundamental investir na rede e tecnologias atuais de modo a garantir um
corretofuncionamentodosectorenergéticoegarantirqueaprocuramundialésatisfeita.
Em2013maisde1,600milharesdemilhõesdedólaresforaminvestidosanívelmundialdemodoa
satisfazerasnecessidadesenergéticasdacrescentepopulação.Oscombustíveisfóssilrepresentam
70%desteinvestimento.
IV
Figura2.14–Investimentoglobalnaofertadeenergiaentre2000e2013,emmilharesdemilhõesdedólares(InternationalEnergyAgency,2014)
Emboraexistaumaconsciênciadequeasenergiasrenováveisdevemrepresentarumaporçãomaior
daenergiatotalproduzida,ocrescimentodoinvestimentoemfontesrenováveistemestagnadonos
últimos. As necessidades energéticas das economias emergentes e países menos desenvolvidos
obriga a produzir ou importar energia suficiente para as suas populações viverem de formamais
adequada.A tecnologiaescolhidaémuitasvezesamaisbarata,neste casoos combustíveis fóssil,
emdetrimentodasfontesrenováveis.
Duranteospróximos20anosestima-sequemaisdemetadedoinvestimentoacumuladodeoferta
de energia esteja focado nas fontes não renováveis enquanto que apenas 15% se destinará a
renováveis. Em termos de eficiência energética o investimento acumulado será de 8 biliões de
dólares, em que o sector dos edifícios representa 29%, a industria 9% e os transportes 62%
(InternationalEnergyAgency,2014).
O desenvolvimento de tecnologias inovadoras é fundamental para reduzir a dependência de
combustíveisfóssilexistenteatualmente.Assimainovaçãoaparececomoumconceitofundamental
para conseguir, a longo prazo, aumentar o peso das energias renováveis, em especial em países
onde existem fracas condições solares ou ventos sem qualidade suficiente. Para fomentar esta
inovação, será necessário os governos mundiais aumentarem a despesa em Investigação e
desenvolvimento.Emcomparaçãocomoutrospaíses,o investimentoemI&Dporpartedoestado
português representa 0,06% do PIB nacional, valor este que coloca Portugal acima dos EUA, da
HolandaedeEspanha.(Gates,2014)
Complementarmenteaoestadoeemrespostaaoseuinvestimentonainovação,éimportanteque
os privados tenhamamotivaçãopara investir emnovas tecnologias (Gates, 2014). EmPortugal o
estado investiu aproximadamente €9milhões em2012, enquantoque as empresas gastaram€57
milhões.Estesvaloresrepresentam7%e5%darespectivadespesa
V
AnexoII–Energiaevoluçãoecapacidadesinstaladas
Evolução
Algumasdasenergias renováveleramas fontesdeenergiamaisutilizadasnopassado, tal comoa
energiahídricaedoventoparamoer cereais,paraa industria têxtil epara transportes, aenergia
solarparacozinhareaparatransporteeaenergiadebiomassaparaaquecimentoeparacozinhar.
Contudo, devido à revolução industrial e com o consequente surgimento de fontes de energia
fosseisdescritasnocapítulo2,o sectorenergético sofreualteraçõesdrásticasque reduziuopeso
dasfontesrenováveismuitosignificativamente.
Hídrica
O desenvolvimento da energia hídricamoderna inicia-se em 1870 com a construção da primeira
central hidroelétricaem Inglaterraeem1880nosEstadosUnidos, comoprimeirouso comercial,
parailuminarumteatroeumaloja(IRENA,2015a).
Nas décadas que se seguiram, a energia hídrica foi instalada nos EUA e na Europa, sendo hoje
responsávelpor85%daenergiaelétricaprovenientederenováveise16%daenergiaelétricatotal.
Estápresenteemmaisde160países(InternationalEnergyAgency(IEA),2012).
AcrescentepresençadestetipodecentraisnaAméricaCentral,AméricadoSulenaÁsia,permitiu
chegaraos1200GWdecapacidadeinstalada,oquerepresentaumcrescimentode50%faceaoano
2000.
A península Ibérica tem um elevado potencial hídrico, sendo Portugal um país com elevada
capacidade instalada,devidoànecessidadede reduzira suadependênciaenergética.Ao longoda
últimadécada,ocrescimentodapotênciainstaladamanteve-seconstante,voltandoasubirdurante
2010e2011,enovamenteem2015,atingindoumapotênciainstaladapróximados6GW.
Eólica
Autilizaçãodeenergiadoventoparaproduçãodeeletricidadeteminícionofinaldoséculo19na
Escócia,nosEUAenaDinamarca,atravésdemoinhosqueforneciameletricidadeaalgumascasas
(Nixon, 2008). Já no século 20, desenvolve-se e aperfeiçoa-seodesenhodaspás dosmoinhosde
modoamelhorarasuaeficiência,conseguindo-seemVermontnosEUAem1941,aconstruçãodo
primeiromoinho eólico comproduçãodemais de 1MWde energia. Coma crise dopetróleo de
1973, o investimento em projetos de energia eólica aumentou consideravelmente, acompanhado
pormudançasnalegislaçãoqueobrigavaaumamaiorproduçãodeenergiadefontesrenováveis(US
DepartmentofEnergy,2015).
VI
Assim,nosanos70doséculo20,estafontedeenergiainiciaasuapenetraçãoemmaiorescalano
mercado,nomeadamenteempaísescomoaDinamarcaeEUA,eaindanosanos90naAlemanhae
Espanha,hojepaísescomgrandecapacidadeinstaladadeenergiaeólica(Schwabeetal.,2011).
Desdeoano2000queacapacidadeinstaladamundialdeenergiaeólicaduplicaacada3anos,tendo
umacapacidadeacumuladamundialde197GWem2010.Nofinalde2014acapacidadeinstalada
foide370GW(Valentine,2011).
Em 2013, o crescimento foi de 4,4%, demonstrando um sector em crescimento apesar duma
economiaemcontração,algoqueacentuaatransiçãodosectorelétricoportuguêsparafontesde
energia renováveis.Esteaumentopermitiuqueaenergiaeólica representasse24%dacapacidade
instalada de energias renováveis em Portugal, com uma taxa de penetração de 24% a nível do
consumoelétrico,umataxadepenetraçãoapenassuperadapelaDinamarcamundialmente(LNEG
2013).
No finalde2013,Portugalerao11ºpaís commais capacidade instaladadeenergiaeólicaanível
mundial,ficandomuitopróximodaDinamarcaqueocupavaa10ºposição.
Ocrescimentodacapacidadeinstaladanoano2014éomaiordosúltimos3anosevidenciandouma
maiorcapacidadedeinvestimentodospaísesetambémdemonstraaelevadacompetitividadedesta
fontedeenergia.
SolarTérmica
A investigação dedicada à energia solar inicia-se no final do século 19, desenvolvendo-se os
primeiros colectores térmicos até ao início do século 20. A energia solar térmica existe
comercialmente hámais de 30 anos, sendo que as principais evoluções emelhorias incidiram no
materialparaabsorçãodecalorenospermutadoresdecalor,levandoareduçõesdaquantidadede
materialnecessárioeumamaiorfiabilidade.
Aproximadamente 90% da capacidade instalada de energia solar é proveniente de colectores
térmicos e a sua aplicabilidade varia desde aquecimento de águas domesticas a aquecimento
industrial(Zhangetal.,2012).Aenergiasolartérmicaéumafontedeenergiaimportantedevidoà
suaincidêncianoaquecimentodoméstico.
A China é responsável por dois terços da capacidade instalada de colectores solares térmicos,
enquanto que a europa contribui com 16%. A capacidade instalada mundialmente é de 400GW,
correspondente a 580 milhões de m2, enquanto que em Portugal o valor é de 633MW, o que
representa905,000m2.
SolarFotovoltaica
VII
Aenergiafotovoltaicafoiestudadaeinvestigadadesdeofinaldoséculo19atémiadosdoséculo20
de forma experimental e empírica, sendo apenas a meio do século 20 que se desenvolvem os
primeirosmódulos fotovoltaicos, após compreender a teoria do efeito fotoelétrico, publicadopor
Einsteinnoiníciodoséculo20.
Em1977,acapacidadeinstaladaglobaldefotovoltaicoeraligeiramenteacimade500kW.Em2002,
acapacidadeinstaladaultrapassouos2GWeapós10anos,em2012,excedeuos100GW.Em2013,
instalou-se39GW,superandopelaprimeiravezaenergiaeólicaeminstalaçãoanual(IRENA,2014b).
A energia fotovoltaica tem vindo a crescer exponencialmente a nívelmundial, em especial desde
2008quandoacapacidadeinstaladanaeuropaquaseduplicoudesdeoanoanterior.Desdeentão,
tem-sevindoaassistiraumcrescimentoanualdacapacidadeinstaladaelevado,atingindo140GW
nofinalde2013,estimando-sequeovalorseencontrenestemomentopróximodos180GW(IRENA,
2014b).
Na europa, a capacidade instalada anual de solar fotovoltaico, tem vindo a estabilizar, em parte
devidoàcriseeconómicasentidanosúltimosanos,levandoaAsiaasubstituiraEuropacomoazona
mundialcommaioraumentodecapacidadeinstaladaanual,principalmentedevidoàChinaeJapão
ondeomercadodaenergiasolarfotovoltaicaestáemrápidocrescimento(IEA,2015b).
Opaíscommaiorcapacidade instaladade fotovoltaicoanívelmundial,éaAlemanhacom38GW,
emboraaChinasejanestemomentoopaíscommaioraumentodecapacidadeinstalada,comum
aumentode13GWapenasem2013(IEA,2015b).
Biomassa
Anteriormente à revolução industrial, o combustível mais utilizado pelo Homem era a biomassa,
maisconcretamentea lenha,utilizadaparaaquecimentodeespaços,paracozinhareparafabricar
algunsmateriais.Arevoluçãoindustrialintroduziunovosmétodosdeproduçãoenovastecnologias,
cujo consumodeenergiamais elevadoobrigouaencontrar formasdeenergia alternativas.Ainda
assim,aenergiadebiomassamantémasuapreponderânciaempaísesmenosdesenvolvidosondeé
afontedeenergiamaisfiávelparaaquecimentoeparacozinhar.
EmPortugal,abiomassaparageraçãodeeletricidade,temmaiscapacidadeinstaladaqueaenergia
solarfotovoltaica,com707MW,responsáveispormaisde3,000GWhdeenergiaelétricaporano.
EmPortugal,abiomassaéaprincipalfontedeenergiatérmicanosectordoméstico,emquealenha
representavacercade12%doconsumototaldeenergiaem2010.Outrasfontesdeenergiatérmica
importantestalcomoogásengarrafadoeogásnatural,apresentavamvalores inferiores,de9%e
4% respectivamente, enquanto que o solar térmico apenas contabilizava cerca de 1% sendo que
VIII
outrasalternativasparaaquecimento,talcomoogasóleodeaquecimento,representavamvalores
superiores.
De seguida, analisam-se as diferentes fontes de energia renovável, descrevendo as diferentes
soluçõestecnológicaseaevoluçãofuturaesperada.
CapacidadeInstalada
Hídrica
A construção de hídrica de maior dimensão (acima de 10MW) é responsável por quase todo o
crescimento,demonstrandoamaioreficiênciadestetipodeprojetomesmotendovaloresabsolutos
de investimento superiores. Por outro lado, a energia hídrica demenor dimensão apresenta um
crescimentopraticamentenegligenciávelemrelaçãoaototal.
Figura3.2–Evoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiahídricamundialentre2000e2014,emGW(IRENA,2015b)
A península Ibérica tem um elevado potencial hídrico, sendo Portugal um país com elevada
capacidade instalada,devidoànecessidadede reduzira suadependênciaenergética.Ao longoda
últimadécada,ocrescimentodapotênciainstaladamanteve-seconstante,voltandoasubirdurante
2010 e 2011, e novamente em 2015. A potência instalada é de mais de 6 GW, composto
principalmenteporprojetoscompotênciasuperiora10MW.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
CapacidadeInstalada,GW
AnoHídricaTotal MinieMicroHídricaPequenaHídrica GrandeHídrica
IX
Figura3.3–EvoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiahídricaemPortugalentre2006e2015,emGW(DGEG,2015b)
Osprojetoscompotênciainferiora1MWrepresentamumapequenapartedototalcontudo,dado
queoslocaisparahídricasdegrandedimensão,sãocadavezmaislimitados,edevidoaumsistema
de incentivos favorável, as hídricas de pequena dimensão têm sentido algum crescimento nos
últimos4anos12atingindomenosdeumquartodeMW.
Figura3.4–Evoluçãodacapacidadeinstaladademiniemicrohídricaentre2011e2015emPortugal,emGW(DGEG,2015b)
Estimativas apontampara umpotencialmundial de pequena hídrica à volta dos 200GW, emque
nestemomentoapenas5%éexplorado(EuropeanCommission,2013).
12Refira-se queumprojeto até estar instaladopodedemorar 10 anos (http://visao.sapo.pt/ambiente/energia/hidrica-um-questao-de-
rendas=f681609)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Potênciainstalada(MW)
AnoHídricaTotal GrandeHídrica PequenaHídrica(<10MW)
0
50
100
150
200
250
2011 2012 2013 2014 2015
Potênciainstalad
a(kW)
AnoTotalMicro/Mini
X
Figura3.5–Potencialtecnicohídricomundial,emGW(InternationalEnergyAgency(IEA),2012)
Figura3.6–CapacidadeinstaladaepotencialdePequenahídricaemPortugal(Liuetal.,2013)
Eólica
Desdeoano2000queacapacidadeinstaladamundialdeenergiaeólicaduplicaacada3anos,tendo
umacapacidadeacumuladamundialde197GWem2010.Nofinalde2014acapacidadeinstalada
foide370GW(Valentine,2011).
Figura3.7–Evoluçãodacapacidadeinstaladaacumuladadeenergiaeólicamundialmente,2000-2014(IRENA,2015b)
Ocrescimentodacapacidadeinstaladanoano2014éomaiordosúltimos3anosevidenciandouma
maiorcapacidadedeinvestimentodospaísesetambémdemonstraaelevadacompetitividadedesta
17266
7262292615
118181156269
193128232756
277208310748
360847
67 882 1094 1472 2157 3193 3837 5471 7449 8761-
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Capa
cida
deIn
stalad
a,M
W
AnoOnshore-World Offshore-World
XI
fontedeenergia.Nofinalde2013,Portugalerao11ºpaíscommaiscapacidadeinstaladadeenergia
eólicaanívelmundial,ficandomuitopróximodaDinamarcaqueocupavaa10ºposição.
Tabela3.3–Evoluçãocapacidadeinstaladaaté2013
Ocrescimentode4,4%apresentadoem2013,demonstravaumsectoremcrescimentoapesarduma
economiaemcontração,algoqueacentuaatransiçãodosectorelétricoportuguêsparafontesde
energia renováveis.Esteaumentopermitiuqueaenergiaeólica representasse24%dacapacidade
instalada de energias renováveis em Portugal, com uma taxa de penetração de 24% a nível do
consumoelétrico,umataxadepenetraçãoapenassuperadapelaDinamarcamundialmente (LNEG
2013).
Figura3.8–EvoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiaeólicaemPortugalentre2000e2014,emMW(IRENA,2015b)
83
16812201
28573326
37964256 4412 4610 4794
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2000 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Capa
cida
deIn
stalad
a,M
W
Ano
XII
Figura3.12–Previsãodoaumentodacapacidadeinstaladademicroturbinas
Solar
Em1977,acapacidadeinstaladaglobaldefotovoltaicoeraligeiramenteacimade500kW.Em2002,
acapacidadeinstaladaultrapassouos2GWeapós10anos,em2012,excedeuos100GW.Em2013,
instalou-se39GW, superandopelaprimeira veza energia eólicaem instalaçãodepotência anual
(IRENA,2014b).
Aproximadamente 90% da capacidade instalada de energia solar é proveniente de colectores
térmicos e a sua aplicabilidade varia desde aquecimento de águas domesticas a aquecimento
industrial(Zhangetal.,2012).Aenergiasolartérmicaéumafontedeenergiaimportantedevidoà
sua incidência no aquecimento doméstico. No final de 2012 a capacidade instalada total
mundialmenteerade234.6GW,correspondendoa385milhõesdem2deáreadecolectores.
No sector residencial, omercado de solar térmica é compostomaioritariamente por sistemas de
dimensão entre 3 e 10 kWth, principalmente utilizados para aquecimento de águas domesticas.
Existe uma procura crescente desta tecnologia para aquecimento de espaços, em especial na
Europa,nomeadamentenaAlemanha.
Oscolectoressolaresparaaquecimentodeáguasãocomercializadoshámaisde30anosemalguns
países, especialmente na América doNorte e na Europa, onde o tanque de armazenamento tem
uma capacidade habitual de 300 litros e um colector com área entre 4 e 6 m2. Esta tecnologia
permite o fornecimento de 60 a 90% da água quente necessária anualmente (Müller-Steinhagen,
2008).
Maisrecentementeutiliza-seumsistemacombinadoquepermiteaquecerespaçosemsimultâneo
comoaquecimentodeágua.Estetipodetecnologianecessitadecolectorescomumaáreabastante
XIII
superioraquelanecessáriaapenasparaaquecimentodeágua,sendoqueosvaloresexperimentais
apontam para o fornecimento de 60% do calor total necessário numa residência, incluindo o
aquecimentodeespaçosetambémdeágua,utilizandocolectorescomumaáreatotalde30a60m2
etanquescomcapacidadeparaarmazenar6,000a10,000litros.Valoresreaiseatuaisapontampara
sistemasquefornecem25%docalornecessário,utilizando10a20m2deáreadecolectore700a
1,500litrosdearmazenamentodeágua.
A energia fotovoltaica tem vindo a crescer exponencialmente a nívelmundial, em especial desde
2008quandoacapacidadeinstaladanaeuropaquaseduplicoudesdeoanoanterior.Desdeentão,
tem-sevindoaassistiraumcrescimentoanualdacapacidadeinstaladaelevado,atingindo140GW
nofinalde2013,estimando-sequeovalorseencontrenestemomentopróximodos180GW(IRENA,
2014b). Os módulos fotovoltaicos de silício cristalino representam 90% dos novos módulos
instaladosdevidoàsuamaturidadenomercadocomcustosatrativoseelevadaseficiências.
Figura3.14–Evoluçãodacapacidadeinstaladadeenergiasolarfotovoltaicaentre2000–2013
Na europa, a capacidade instalada anual de solar fotovoltaico, tem vindo a estabilizar, em parte
devidoàcriseeconómicasentidanosúltimosanos,levandoaAsiaasubstituiraEuropacomoazona
mundialcommaioraumentodecapacidadeinstaladaanual,principalmentedevidoàChinaeJapão
ondeomercadodaenergiasolarfotovoltaicaestáemrápidocrescimento(IEA,2015b).
XIV
Opaíscommaiorcapacidade instaladade fotovoltaicoanívelmundial,éaAlemanhacom38GW,
emboraaChinasejanestemomentoopaíscommaioraumentodecapacidadeinstalada,comum
aumentode13GWapenasem2013(IEA,2015b).
AtendênciaésimilarnocasodaenergiasolartérmicaemqueaChinaéresponsávelpordoisterços
da capacidade instalada, enquanto que a europa contribui com 16%. A capacidade instalada
mundialmente é de 400GW, correspondente a 580milhões dem2, enquanto que em Portugal o
valoréde633MW,oquerepresenta905,000m2.
Figura3.15–Capacidadeinstaladatotalmundialdeenergiasolartérmica
No sector residencial, omercado de solar térmica é compostomaioritariamente por sistemas de
dimensão entre 3 e 10 kWth, principalmente utilizados para aquecimento de águas domesticas.
Existe uma procura crescente desta tecnologia para aquecimento de espaços, em especial na
Europa,nomeadamentenaAlemanha.
Oscolectoressolaresparaaquecimentodeáguasãocomercializadoshámaisde30anosemalguns
países, especialmente na América doNorte e na Europa, onde o tanque de armazenamento tem
uma capacidade habitual de 300 litros e um colector com área entre 4 e 6 m2. Esta tecnologia
permite o fornecimento de 60 a 90% da água quente necessária anualmente (Müller-Steinhagen,
2008).
Maisrecentementeutiliza-seumsistemacombinadoquepermiteaquecerespaçosemsimultâneo
comoaquecimentodeágua.Estetipodetecnologianecessitadecolectorescomumaáreabastante
superioraquelanecessáriaapenasparaaquecimentodeágua,sendoqueosvaloresexperimentais
XV
apontam para o fornecimento de 60% do calor total necessário numa residência, incluindo o
aquecimentodeespaçosetambémdeágua,utilizandocolectorescomumaáreatotalde30a60m2
etanquescomcapacidadeparaarmazenar6,000a10,000litros.Valoresreaiseatuaisapontampara
sistemasquefornecem25%docalornecessário,utilizando10a20m2deáreadecolectore700a
1,500litrosdearmazenamentodeágua.
Biomassa
Abiomassapodeserutilizadaparageraçãodeenergiaelétrica,contudooseuprincipalusoconsiste
nageraçãodeenergiatérmicaparaedifícios.Aformamaiscomumdebiomassaéatradicional,ou
seja,recorrendoalenha,representando9%daenergiafinalconsumida,sendoportantoumafonte
deenergiarenovávelimportante.
Figura3.20–Repartiçãodaenergiafinalmundialconsumidaem2013portipodecombustível(REN21,2015)
A biomassa tem experimentado alguma variação ao longo dos anos, principalmente devido ao
aumentopopulacionaledenecessidadesenergéticas, sendoagrandemaioriadaenergiautilizada
paraaquecimentodeedifícios.Aaplicaçãonaindustriavaria,consoanteasnecessidadesdeenergia,
dependendodastemperaturasnecessárias(Altatemperatura>400ºC;Mediaente400ºCe100ºC;
Baixa<100ºC).
XVI
Figura3.21–Evoluçãodoconsumodeenergiadebiomassaporsectorentre1990e2010,emEJ/ano(IRENA,2014a)
EmPortugalabiomassaparageraçãodeeletricidade,temmaiscapacidadeinstaladaqueaenergia
solarfotovoltaica,com707MW,responsáveispormaisde3,000GWhdeenergiaelétricaporano.
EmPortugal,abiomassaéaprincipalfontedeenergiatérmicanosectordoméstico,emquealenha
representavacercade12%doconsumototaldeenergiaem2010.Outrasfontesdeenergiatérmica
importantestalcomoogásengarrafadoeogásnatural,apresentavamvalores inferiores,de9%e
4% respectivamente, enquanto que o solar térmico apenas contabilizava cerca de 1% sendo que
outrasalternativasparaaquecimento,talcomoogasóleodeaquecimento,representavamvalores
superiores.
Figura3.22–ConsumototaldeenergiafinalnosectordomesticoemPortugalem2010
XVIII
AnexoIII–Cálculodaviabilidadeeconómica
Principaisequações(Fonte:Portela,2000)utilizadasnadeterminaçãodaviabilidadeeconómica:
Parâmetros:
R–Receitas
O–CustosdeOperação(OPEX)
C–CustosdeCapital(CAPEX)
P–CustodeReposição
k–anodeinícioprodução
m–anoreposiçãoequipamento
r–taxadeatualização
n–horizonteprojeto
B/C–Benefício/Custo
VAL–ValorAtualizadoLíquido
VAL=R–C–O–P