7.3
Compara¸c˜ao financeira
Com o objetivo de comparar financeiramente o sistema fotovoltaico com a piscina solar, ser˜ao utilizados valores obtidos noutros estudos a fim de balizar os custos da tecnologia da piscina solar, tendo sido utilizados para o sistema fotovoltaico os resultados do presente trabalho.
Tal como foi referido e analisado anteriormente, o armazenamento de energia el´etrica constitui hoje um dos grandes obst´aculos no desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica devido aos elevados custos operacionais e de aquisi¸c˜ao, enquanto a piscina solar permite armazenar a energia t´ermica sem problemas, sendo esta apenas extra´ıda quando necess´ario, por exemplo, atrav´es de permutadores de calor. Assim, os grandes custos da piscina solar focam-se na constru¸c˜ao e manuten¸c˜ao enquanto o sistema fotovoltaico recorre de elevados custos de implementa¸c˜ao, substitui¸c˜ao e armazenamento de energia.
A tabela 7.3 apresenta os custos representativos quer da constru¸c˜ao quer de opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao provenientes de um estudo semelhante de uma piscina solar realizado na Austr´alia. Esta possui uma ´area superficial de 3 000 m2 (Burston, 1996), enquanto o apro- veitamento em estudo na regi˜ao de Benguela avaliava a utiliza¸c˜ao de uma ´area superficial de 10 000 m2. Tomaram-se do referido estudo os custos por unidade de superf´ıcie por ano, sendo estes aplicados `a nova geometria.
Tabela 7.3: Custos associados `a piscina solar (Burston, 1996)
Custo Valor Custo total Custo de constru¸c˜ao 25,1e/m2 251 000e
Custos de OM 8,84e/(m2ano) 88 400 e/ano
O custo de constru¸c˜ao da piscina solar representa ainda um custo significativo no projeto, sendo que o custo do sal representa cerca de 45 % do custo da piscina solar. No entanto este custo ´e muito menor do que o dos coletores t´ermicos convencionais de placas planas que se situa em cerca de 120 e/m2 (Khaldoon et al., 2017). O custo da piscina solar ´e fortemente dependente de fatores e parˆametros espec´ıficos do local, como a maior ou menor dificuldade de adquirir sal e do custo inicial da instala¸c˜ao (permutadores de calor e tubagem) (Khaldoon et al., 2017), podendo o custo do sal ser de menor relevˆancia neste caso concreto devido `a localiza¸c˜ao privilegiada do aproveitamento relativamente `as salinas de Lobito situadas a sul de Benguela. Relativamente aos custos de opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao, para al´em de inclu´ırem toda a manuten¸c˜ao dos permutadores de calor, incluem tamb´em um controlo rigoroso na turbidez da ´agua e manuten¸c˜ao de um gradiente de concentra¸c˜ao salino est´avel (Agha et al., 2004).
Tal como foi referenciado anteriormente, considerando os custos de produ¸c˜ao de energia, podem ser comparados diferentes sistemas de gera¸c˜ao de energia atrav´es do indicador LCOE (equa¸c˜ao 3.7). Para determinar o custo por unidade de energia produzida LCOE deve ser analisado o mesmo per´ıodo de produ¸c˜ao de energia el´etrica, 25 anos, tendo em conta as varia¸c˜oes na produ¸c˜ao de energia e varia¸c˜ao dos custos ao longo dos anos devido `
a taxa de infla¸c˜ao considerada. O sistema fotovoltaico analisado apresenta varia¸c˜oes na sua produ¸c˜ao devido `a degrada¸c˜ao dos m´odulos, estando estes resultados apresentados no
Anexo K, tendo sido utilizado para compara¸c˜ao o caso de estudo onde foi obtido o menor custo de energia produzida, o cen´ario sem armazenamento de energia el´etrica (cen´ario 4). J´a a piscina solar extrai 1 686 MWh no primeiro ano de extra¸c˜ao e 1 519 MWh nos anos seguintes, perfazendo um total de 38 142 MWh de energia extra´ıda ao longo de 25 anos.
Tabela 7.4: Determina¸c˜ao do custo de energia produzida pelas duas tecnologias
Vari´avel Sistema Fotovoltaico Piscina Solar Produ¸c˜ao/Extra¸c˜ao [kWh] 35 606 561 38 142 000
LCOEa [e/kWh] 0,041 0,066
Como se pode verificar pela tabela 7.4, a produ¸c˜ao total no per´ıodo de 25 anos ´e su- perior na piscina solar, resultado da energia incidente cuja ´area superficial ´e superior, considerando uma extra¸c˜ao de 24 horas por dia para o aquecimento de ´aguas dos 40 aos 60 oC. No entanto, como foi analisado anteriormente, esta apresenta rendimentos baixos tendo em conta essa mesma energia incidente e, por isso, a energia produzida por unidade de ´area ´e superior no sistema fotovoltaico. Financeiramente, os custos OM representam uma fra¸c˜ao consider´avel do projeto da piscina solar, nomeadamente a inje¸c˜ao de sal nas camadas da ´agua para que os gradientes se mantenham est´aveis ao longo do tempo e o n´umero elevado de lavagens da superf´ıcie devido `as altas taxas de evapora¸c˜ao (Agha et al., 2004). Tal como no sistema solar fotovoltaico, tamb´em na piscina solar foi considerado que os pre¸cos de opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao v˜ao aumentando no decorrer dos anos fruto da taxa de infla¸c˜ao. As duas apresentam um custo de energia produzida bastante razo´avel em compara¸c˜ao com os pre¸cos de aquisi¸c˜ao da eletricidade, resultado do investimento que ´e realizado para serem obtidas grandes quantidades de energia de fonte limpa, sendo assim duas tecnologias pass´ıveis de implementa¸c˜ao na regi˜ao em estudo. Estes resultados podem ainda ser comparados com outros sistemas complementares da tabela 6.18, verificando-se que, com a implementa¸c˜ao de mecanismos de armazenamento de energia, o pre¸co por cada kWh de energia produzida nos sistemas fotovoltaicos ´e mais elevado e pr´oximo ou superior ao custo que se obt´em na piscina solar.
Assim, de acordo com os resultados obtidos neste estudo pode concluir-se que, para as condi¸c˜oes de projeto consideradas, o sistema fotovoltaico poder´a ter um melhor desempe- nho energ´etico e financeiro dependendo da existˆencia ou tipo de armazenamento de energia el´etrica a considerar. Ainda assim, a piscina solar pode ser ben´efica dependendo do tipo de aplica¸c˜oes e necessidades da regi˜ao. Acrescenta-se ainda que a facilidade com que hoje em dia um sistema fotovoltaico ´e conectado `a rede, tarifando a energia que ´e vendida e comprada, permite que o projeto seja mais facilmente rent´avel ao longo do per´ıodo de vida. A implementa¸c˜ao deste tipo de tecnologias na regi˜ao faz com que sejam reduzidas as emiss˜oes de poluentes para a atmosfera devido `a maior incorpora¸c˜ao das fontes renov´aveis de energia, permitindo a melhoria na qualidade de vida das comunidades e eventualmente reduzir os pre¸cos comercializados da energia atualmente.
Cap´ıtulo 8
Conclus˜oes
8.1
Conclus˜oes
A realiza¸c˜ao deste trabalho debro¸cou-se essencialmente na an´alise do desempenho de um sistema solar fotovoltaico na regi˜ao de Benguela, tendo como objetivo associar uma cen- tral de dessaliniza¸c˜ao e verificar o comportamento do sistema tendo em conta diversas metodologias de armazenamento de energia el´etrica.
Numa primeira instˆancia, a configura¸c˜ao do sistema fotovoltaico, tendo em considera¸c˜ao as restri¸c˜oes e condi¸c˜oes do local, permitiu uma disposi¸c˜ao com 2 784 m´odulos fotovoltaicos o que representa uma potˆencia instalada de 1,016 MWp. Apesar da ´area dispon´ıvel de 10 000 m2, os fatores respeitantes ao auto-sombreamento dos m´odulos, distˆancia para manuten¸c˜ao e ˆangulo de inclina¸c˜ao fazem com que a ´area superficial dos m´odulos seja de 5 456,64 m2. Este teve uma produ¸c˜ao anual de energia de sensivelmente 1 585 MWh em corrente cont´ınua no primeiro ano de funcionamento, que corresponde a um rendimento m´edio de convers˜ao 14,3 % tendo em conta a radia¸c˜ao solar incidente. J´a a produ¸c˜ao de energia el´etrica em corrente alternada ´e efetuada por interm´edio de inversores, resultando numa produ¸c˜ao de 1 511,7 MWh, sendo este valor decrescente ao longo do per´ıodo de vida ´util do projeto devido `a degrada¸c˜ao dos m´odulos. A energia gerada nesse per´ıodo contribui para o aumento da oferta energ´etica, assim como para fazer face a uma das principais prioridades do setor energ´etico, a descarboniza¸c˜ao, aproveitando deste modo as potencialidades do recurso renov´avel no pa´ıs. Por sua vez, o rendimento exerg´etico ´e ligeiramente mais elevado fruto da tecnologia da convers˜ao cuja energia t´ermica ´e libertada para o ambiente, nomeadamente 14,7 %.
Como poss´ıveis aplica¸c˜oes da energia el´etrica gerada, foi seguidamente efetuado o pr´e- dimensionamento de duas instala¸c˜oes de dessaliniza¸c˜ao da ´agua do mar para um alcance de 10 000 pessoas, que se traduz numa produ¸c˜ao di´aria de 1 100 m3, para al´em do estudo da produ¸c˜ao de hidrog´enio, com o intuito de permitir uma maior penetra¸c˜ao das fontes de energia renov´avel em Angola. Relativamente `a dessaliniza¸c˜ao por osmose inversa, aferiu- se que esta permite consumos energ´eticos interessantes, nomeadamente 5,155 kWh/m3 de ´agua pot´avel produzida, sendo a central incorporada com mecanismos de recupera¸c˜ao de energia. J´a no que diz respeito ao processo de dessaliniza¸c˜ao a baixa temperatura constatou-se que o elevado dispˆendio de energia correspondente `a compress˜ao do vapor de ´agua para que ocorra a sua condensa¸c˜ao devido ao arrefecimento por interm´edio da ´
agua do mar, fez com que o processo n˜ao se tornasse competitivo com a osmose inversa, mais concretamente com um consumo energ´etico de 15,89 kWh/m3. No que diz respeito `a
produ¸c˜ao de hidrog´enio s˜ao pr´e-estabelecidas as etapas preliminares da tecnologia optando- se por armazenar o hidrog´enio produzido na fase gasosa num reservat´orio.
Avaliou-se seguidamente o desempenho do sistema fotovoltaico relativamente ao con- sumo el´etrico proveniente da dessaliniza¸c˜ao, estudando-se um cen´ario sem armazenamento de energia el´etrica, outro recorrendo ao armazenamento num banco de baterias convencio- nais, um terceiro onde um eletrolisador ´e respons´avel pela produ¸c˜ao de hidrog´enio atrav´es da eletr´olise da ´agua com um posterior armazenamento num reservat´orio `a press˜ao abso- luta de 200 bar, para que posteriormente este seja utilizado nas c´elulas de combust´ıvel e por ´ultimo um cen´ario h´ıbrido com as duas tecnologias mencionadas anteriormente. O pri- meiro cen´ario apresentou uma menor autonomia devido `a inexistˆencia de armazenamento, no entanto tal facto fez com que possu´ısse um menor investimento e por isso um per´ıodo de retorno do projeto mais curto. J´a o segundo cen´ario registou um autoconsumo conside- r´avel, contudo o elevado investimento e substitui¸c˜ao no final da vida ´util das baterias fez com que n˜ao apresente valores financeiros condizentes com as outras solu¸c˜oes. No terceiro cen´ario observaram-se valores mais moderados no que respeita `a autonomia do sistema e com um investimento significativo, o que comprova que esta ´e uma tecnologia ainda longe de estar madura, uma vez que o custo atual dos equipamentos ´e ainda demasiado elevado para que o hidrog´enio seja um transportador energ´etico competitivo com os demais. ´E assim providencial investir no desenvolvimento tecnol´ogico para viabilizar o uso do hidro- g´enio como vetor energ´etico de armazenamento. Posto isto, `a medida que as empresas de energia v˜ao apostando nesta ´area, a tecnologia poder´a observar redu¸c˜oes de pre¸co por via da industrializa¸c˜ao da produ¸c˜ao dos equipamentos, num processo similar ao verificado na ´ultima d´ecada com a queda do custo dos pain´eis fotovoltaicos. A fim de averiguar o desempenho do sistema com uma menor capacidade de armazenamento em baterias, na potˆencia do eletrolisador, c´elula de combust´ıvel e volume do reservat´orio, obtiveram-se resultados interessantes num modelo h´ıbrido de armazenamento, tanto a n´ıvel energ´etico como financeiro. O facto dos equipamentos de armazenamento de energia possu´ırem uma vida ´util baixa comparada com a durabilidade do projeto fotovoltaico prejudica muito a vertente financeira. Todavia, todos os cen´arios apresentaram excedente financeiro ao longo do per´ıodo de vida ´util de 25 anos do projeto, tendo em conta os valores utilizados.
Em acr´escimo, foram implementadas compara¸c˜oes entre o sistema fotovoltaico e a pis- cina solar, com o objetivo de avaliar o desempenho das duas tecnologias tendo em conta fatores externos semelhantes. Verificou-se que a produ¸c˜ao de energia por unidade de ´area ´e superior com o sistema fotovoltaico, resultando em rendimentos visivelmente superiores, quer relativamente `a extra¸c˜ao direta de energia t´ermica para aquecimento de ´aguas quer atrav´es da produ¸c˜ao de energia el´etrica atrav´es de um ciclo de Rankine orgˆanico. Ainda assim, a implementa¸c˜ao da piscina solar como complemento no processo de dessaliniza¸c˜ao por destila¸c˜ao a baixa temperatura, com o prop´osito de fornecer energia t´ermica, poderia levar `a redu¸c˜ao do consumo global da instala¸c˜ao, sendo necess´ario um novo dimensiona- mento para as eventuais condi¸c˜oes existentes de fornecimento de energia t´ermica.
Tendo em conta o que foi apresentado, este estudo permitiu obter resultados interessan- tes do ponto de vista energ´etico e financeiro, podendo assim contribuir para a sustenta- bilidade energ´etica e ambiental e melhoria na qualidade de vida das popula¸c˜oes da regi˜ao de Benguela.