Este documento resume um projeto de um sistema híbrido de produção de energia elétrica baseado em energias renováveis para uma escola. O projeto estudou uma solução que combina energia solar fotovoltaica e eólica para reduzir a dependência da rede elétrica convencional e promover a eficiência energética. O resumo econômico indica que o investimento inicial só é interessante com um aumento forte dos preços da eletricidade no futuro.

1. Tiago Pinho
05/2012
Sistemas Híbridos de Minigeração

2. Resumo
Descrever e dimensionar um sistema híbrido de produção de energia
Objetivos elétrica baseado em energias renováveis
Estudar uma solução alternativa ao fornecimento de energia pela rede
elétrica convencional e precaver o futuro em relação à racionalização e
escassez da energia
Estudar soluções de minigeração energética que permitam reduzir ou
eliminar o problema da variabilidade de fornecimento energético dos
recursos de fontes renováveis e o desfasamento entre produção e consumo
Encontrar resultados que permitam promover a divulgação junto dos
consumidores e aceitação por parte dos mesmos de que o investimento
neste tipo de soluções lhes trará bastantes vantagens no futuro
Estimular a eficiência energética por parte dos consumidores
Tiago Pinho

3. Caraterização Projeto
Latitude: 40º48'7"N
Longitude: 8º19'0"W
≈600 m acima nível do mar
Diagrama consumo eléctrico diário (%)
Pot. eléctrica dimensionada: 41 kVA 100%
(projeto elétrico)
90%
80%
70%
Utilizadores: 100 crianças 60%
(capacidade máx. 130) 50%
40%
Tiago Pinho
30%
20%
10%
0%
1 5 9 13 17 21

4. Caraterização Projeto
Solar Abundância de Eólica Boas condições
exposição solar geográficas para
(média anual 2200 e aproveitamento
3000 h) eólico
Elevado índice de Complementariedade
radiação com a energia solar
Tiago Pinho

5. Caraterização Projeto
• Azimute Sul (0 ) Escoamento do vento dentro
• Inclinação 35 da camada limite atmosférica
Radiação solar ângulo 35° média Velocidades médias mensais a 10m de Vel. vento Vel. vento
(kWh/m2) altura (m/s) a 10 m Horas (h) a 10 m Horas (h)
(m/s) (m/s)
Mês H(35)diária H(35)mensal CE Arões-Junqueira 0 15 9 47
Janeiro 3,33 103,23 Jan 4,928 0,5 15 9,5 45
Fevereiro 3,70 103,60 Fev 4,902 1 29 10 19
5,41 167,71 1,5 70 10,5 15
Março Mar 5,513
2 375 11 12
Abril 5,18 155,40 Abr 5,452 Estimativa horas vento5
2,5 670 11,5
Maio 5,93 183,83 Mai 4,954 anuais 6570 horas 4
3 479 12
Junho 6,39 191,70 3,5 622 12,5 5
Jun 4,902
4 1000 13 4
Julho 6,54 202,74 Jul 4,997 4,5 800 13,5 2
Agosto 6,85 212,35 Ago 5,263 5 550 14 2
Setembro 5,89 176,70 Set 5,229 5,5 450 14,5 3
4,60 142,60 6 450 15 2
Outubro Out 5,461
6,5 350 15,5 1
Tiago Pinho
Novembro 3,17 95,10 Nov 5,263 7 190 16 2
Dezembro 2,65 82,15 Dez 5,435 7,5 152 16,5 1
Anual 4,98 151,43 8 110 17 0
Media 5,192 8,5 75
Dados PVGIS Dados LNEG

6. Tecnologia
Obter o mais elevado rácio
custo-benefício Solar Eólica
Maior constância Rendimento
Otimizar as parcelas de potência da produção superior
de cada uma das tecnologias
Maior oferta no Maior capacidade
mercado produção
Uitlização Software Homer Maior período de
Preço / kW
vida
Tiago Pinho

7. Tecnologia
Dados
Restrições Variáveis
projeto
Rede elétrica 20 kW
Carga e perfil de
(pot. contratada
consumos
20,7 kVA) Taxa de juro
Recurso solar 5 kW < PV ≤ 15kW
Velocidade média
anual vento
Recurso eólico 0 ≤ Nº turbinas ≤ 2
Tiago Pinho

8. Tecnologia
Painéis Turbina eólica
fotovoltaicos marca
marca Kingspan, modelo
Schüco, modelo KW6
MPE 235 PS15 (pot. nom. 5,2 kW)
(rend. 14,2%)
Critérios de seleção Critérios de seleção
Certificação e marcação CE Curva de potência
Espaço disponível p/ instalação Nível de ruido e impacto ambiental
Relação Rendimento-Custo Assistência pós venda
Tiago Pinho
Assistência técnica Custo

9. Tecnologia
Inversores marca SMA,
modelo SB 5000TL – 20
e WB 5000TL
Critérios de seleção
Potência nominal
Rendimento vs Custo
Dimensões e peso
Assistência técnica
Tiago Pinho

10. Tecnologia
Sistema híbrido
Inversor PV 4,7 kW
5 kW (2 x 10)
Rede Quadro
elétrica Geral
Inversor
Turbina 5,2 kW
5 kW
Cargas
• Dimensionamento da cablagem de acordo com
as Regras Técnicas das Instalações Elétricas de
Baixa Tensão (RTIEBT)
• Dimensionamento proteções
Tiago Pinho

11. Instalação
1 •Análise local
2 •Preparação Instalação
3 •Instalação
4 •Verificação
Tiago Pinho
Campo FV Alçada Sul Alçada Poente Quadro Geral

12. Análise Económica
Rendimento do projeto - Energia produzida pelo sist. híbrido p/ consumo
Energia que se deixou de comprar à rede
Muito importante tarifa/preço de eletricidade rede elétrica
Tempo de vida do projeto: 25 anos
Cenário
Expectável
Cenário
0,433 €/kWh
Agradável (2036)
0,255 €/kWh
Tiago Pinho
Actualidade (2036)
0,171 €/kWh

13. Análise Económica
Produção anual estável Assume-se constante
Produção anual variável
Cenário pessimista Cenário esperado Cenário optimista
v = 4 m/s v = 5,19 m/s v = 7 m/s
Custo médio ponderado capitais (próprios e alheios)
WACC 8,0% 6,5% 5,5%
30% 50% 65%
Tiago Pinho
Ano 2011 2026 2036
Investimento inicial 24.700,00 € 6.214,00 €
Valor Residual 1.618,00 €

14. Análise Económica
VAL – Valor atualizado líquido
TIR – Taxa interna de rentabilidade
PAY BACK PERIOD – Período de retorno do investimento
Esperado
Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica
WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %
FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t
VAL 13.754,07 € 8.845,59 € 3.231,81 € 4.591,43 € 1.103,11 € - 2.933,72 €
Esperado
Cenário expectável para os preços da energia eléctrica Cenário agradável para os preços da energia eléctrica
WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 % WACC = 5,5 % WACC = 6,5 % WACC = 8 %
FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t FCF/(1+WACC)^t
Pay-Back 17,3 19,2 23,1 21,6 25,0 N/PAGA
Esperado Pessimista Optimista
Tiago Pinho
Cenário Cenário Cenário Cenário Cenário Cenário
espectável agradável espectável agradável espectável agradável
TIR 8,5% 6,3% 5,9% 3,7% 11,1% 9,1%

15. Análise económica
• Aumento das tarifas de eletricidade a um ritmo lento: investimento não é, do ponto de
vista económico, interessante
• Só um cenário optimista permitiria ter uma taxa de retorno interessante de 9,1%
• No cenário esperado, período de retorno só no caso do financiamento com 65% de
capitais alheios seria inferior aos 25 anos de vida do projeto
• Evolução de preços de electricidade mais acelerada: projeto já é melhor remunerado
• Para o cenário esperado obtém-se uma taxa de rentabilidade de 8,5% e, para um
financiamento de 65%, um período de retorno de 17,3 anos e um valor actualizado
líquido de 13.754,07 €
• Só no caso do cenário optimista estes valores se tornam economicamente interessantes
Nota: Um dos objetivos deste projeto é precaver o futuro em relação à racionalização e
escassez da energia e, embora não seja possível quantificar o valor de poder ter energia
disponível num determinado momento em que a rede eléctrica não a está a fornecer, esse
Tiago Pinho
facto pode ser bem mais importante que uma taxa de retorno

16. Conclusões
estas duas fontes de energia juntas poderão ser a melhor
Sistemas solução para a maioria dos casos devido a sua maior
híbridos disponibilidade territorial, complementariedade e maior
facilidade de acesso à tecnologia
actualmente não são economicamente interessantes. Só
com o aumento forte dos preços da eletricidade estes sistemas
Investimento se podem tornar mais interessantes do ponto de vista
económico
uma solução que antecipa, o risco, de um futuro incerto onde a
racionalização e a escassez no fornecimento de energia
Autonomia podem vir a ser uma realidade e será sempre uma segurança
energética energética e económica para o consumidor no caso de
acontecer uma subida abrutpa do preço da electricidade por
Tiago Pinho
algum motivo extraordinário

17. Conclusões
educar os consumidores para uma utilização mais eficiente
Eficiência da energia eléctrica sem que estes tenham de sofrer
energética verdadeiramente com a falta de abastecimento ao seu
consumo
Proliferação destes sistemas reduz as necessidades de
Eficiência na potências de energia altas em determinados momentos do dia
rede e evitará a existência de muitos picos de consumo, com a
consequente diminuição de perdas na rede de distribuição
e dos custos que a isso estão associados
Tiago Pinho

18. Questões