AQUECIMENTO E ARREFECIMENTO SOLAR EM PORTUGAL

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AQUECIMENTO E ARREFECIMENTO SOLAR

EM PORTUGAL

João Farinha Mendes ([email protected])

UES – Unidade de Energia Solar

26 Maio 2014

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UES | Unidade de Energia Solar do LNEG

• Solar Térmico

• Solar Fotovoltaico

• Armazenamento Térmico

UES

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R&D at LNEG on solar energy since the 80’s related with technology development for solar energy conversion at low, medium and high temperature applications

Secagem solar

100ºC 400ºC >1000ºC

AQS Cocção Solar

Arrefecimento Solar

Power (Organic Rankine)

Power (Steam Rankine) Calor de process o

Desenho e tratamento de materiais

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Excelente recurso solar com uma muito boa componente de

radiação solar directa (DNI).

4

Elevado factor solar anual

PV (Microgeração): 1550 h/year PV (Centrais) : 2050 h/year CSP (com armaz.): 3300 h/year CSP (sem armaz.): 2850 h/year

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2013 (Total inst.): • 1 milhão m2 • 700 MWth 2020 (FPC): • 2,2 mihões m2 2020 (CSP): • 50 MW

Solar Térmico em Portugal

2013 (Col. Planos):

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Nos edifícios unifamiliares,

multi-familiares e de serviços.

Desde que haja cobertura

com exposição solar adequada

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a. 101kWh/m2.ano

b. 90 kWh/m2.ano

c. 43 kWh/m2.ano

d. 36 kWh/m2.ano

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-

Teste de colectores solares termicos

-

Teste de sistemas tipo “kit”

Laboratório Acreditado (since 1993)

Test laboratory recognized by:

- CERTIF

- DIN CERTCO

Solar

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-

Test of custom made systems

-

Test of stores and combi-stores

Novas capacidades:

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Energia Solar na Indústria

Proc és Proc és Proc és Aigua de retorn

Generac ió de vapor

Aigua d’alimentac ió Proveïm ent c entral de vapor

Preesc alfam ent de l’aigua d’alimentació

Ac oblament direc te al proc és

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POLIGERAÇÃO

Produção de

electricidade, calor e

frio

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www.estelasolar.eu

Cost reduction between 35-50% was expected by the year 2020, in comparison with 2010 prices .

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18

COORDINATION AND SUPPORT ACTION (CSA) ACTIVITIES:

 WP 1: Consortium governance and management issues / J. Blanco (CIEMAT)  WP 2: Integrating Activities to Lay the Foundations for Long-lasting Research

Cooperation / C. Papanicolas (CYI)

 WP 3: Enhancement of STE Research Facilities cooperation / M. Silva (CTAER)  WP 4: Capacity Building and Training Activities / G. Flamant (CNRS-PROMES)

 WP 5: Relationship with Industry & Knowledge Transfer Activities / B. Thonon (CEA)  WP 6: International Cooperation Activities / W. Platzer (FRAUNHOFER-ISE)

COLLABORATIVE PROJECT (CP) ACTIVITIES:

 WP 7: Thermal Energy Storage for STE Plants / W. Gaggioli (ENEA)

 WP 8: Materials for Solar Receivers and STE Components / P. Heller (DLR)  WP 9: Solar Fuels / A. Meier (PSI)

 WP10: STE plus Desalination / D.C. Alarcon (CIEMAT)

 WP11: Linear Focusing STE Technologies / L. Valenzuela (CIEMAT)  WP12: Point Focusing STE Technologies / M. Sanchez (CENER)

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7th FP –

ENERGY.2011.2.5-1: Thermal energy storage for CSP plants

Partners : ENEA, CEA,

CNRS, FRAUNHOFER, CREF-CyI, ANSALDO, CIEMAT, ENEL, LNEG, WEIZMANN,

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TASK 38

Solar Air-Conditioning

and Refrigeration

www.iea-shc.org

TASK 25

Solar Assisted

Air-Conditioning in Buildings

TASK 48

Quality Assurance &

Support Measures for

Solar Cooling Systems

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Arrefecimento Solar :

. níveis elevados de radiação solar no verão . poupança em energia convencional

. interesse economico (utilização anual) . baixas emissões de CO₂, NO_x, SO_x,etc.,

e ainda :

. refrigerantes benignos (ozono e efeito de estufa) . alta qualidade do ar condicionado (100% ar novo )

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Arrefecimento assistido por energia solar

O valor estimado para as necessidades de arrefecimento anual na Europa em 2020 é de 1370 TWh

Directiva Europeia (EPBD) aponta para 2020 o objectivo regulamentar de imposição aos novos edificios da etiqueta NZEB (“nearly zero energy building”).

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Disponível comercialmente

Testado em instalações piloto

Processo de transformação de calor Ciclo de compressão de vapor Processo eléctrico painel fotovoltaico adsorvente em contracorrente Sorvente líquido rotor desumidificador Processo em leito fixo Sorvente sólido ciclos abertos água / brometo de lítio amonia / água Sorvente líquido adsorção (e.g. água / sílica gel) adsorção seca (ex. Amoníaco / sal) Sorvente sólido

ciclos fechados Ciclo de Rankine / Compressão de vapor Ciclo jacto de vapor

Ciclo de Vuilleumier processos

termo-mecânicos Processo térmico

colector solar térmico

Radiação solar

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Efeito simples: COP = 0.6 - 0.8 T = 80 -110ºC Efeito duplo: COP = 0.9 – 1.2 T = 140 -160ºC Efeito 3 e 4: COP = 1.7 - 2.2 T >>

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Ciclos Fechados

Sorvente sólido Sistemas de adsorção Adsorção vapor de água Calor fornecido (T fonte quente) Calor rejeitado ( Tintermedia) Evaporação Calor removido (produção de frio, Tfonte fria)

Calor rejeitado

( Tintermedia) vapor de água

Deadsorção Condensação

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método Chiller de absorção Chiller de adsorção etapas efeito simples duplo efeito efeito simples efeito simples

sorvente brometo de lítio água sílica gel

refrigerente água amoníaco água

Temperature fonte

quente 80 ºC - 110 ºC 140ºC - 160 ºC 80 ºC - 120 ºC 60 ºC - 95 ºC

Fluido da fonte

quente água quente, (vapor água quente, vapor, aquecido água quente, vapor, aquecido água quente

possível, aquecido directamente) directamente directamente

COP 0,6 - 0,8 0,9 - 1,2 0,3 - 0,7 0,4 - 0,7

capacidade, poucos fabricantes > 20kW poucos fabricantes > 50kW baixa capacidade apenas 50 - 350 (Mayekawa),

mercado (água quente), para aquecido directamente 250 - 500 (Nishyodo)

disponível muitos fabricantes >100 kW vários fabricantes >100 kW

elevada capacidade feito por medida

York, Yazaki, EAW, Trane, Carrier, Broad, Ebara, aquecido directamente: Robur, Mayekawa, Nishyodo

fabricante LG Machinery, Sanyo-McQuay, Sulzer-Escher Colibri, Mattes; Wyss, Enropie, Century

água quente, vapor: Colibri,

Mattes

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 Col Area: 1579 m2 (Sul e Oeste)  1200 MWh/ano

 Storage:2 x 5.5 m³

 Absorption chiller: 545 kW  1200 MWh/ano

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UTA tipo DEC - Integração do sistema solar

45 - 90°C

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desiccant

adsorption

1-effect

absorption _absorption2-effect

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 T/G [Km2/W]



co ll SYC EDF FPC SAC EHP CPC

SAC = colector solar a ar CPC = CPC estacionario FPC = colector solar plano com sup.selectiva

EHP = colector de tubos de vácuo com tubos de calor

EDF = colecor evacuado com circulação directa

SYC = colector se tubos de vácuo tipo Sydney, estationario, com concentração

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Source : Fraunhofer ISE

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design design , cold design , coll coll coll

COP

P

G

A







==>

design design , coll coll spec

COP

G

1 A









Exemplo G_coll = 800 W/m2 _coll,design = 0.5 COP_design = 0.7

==>

A_spec = 3.57 m2_{per kW cooling power}

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75 – 95°C 75 – 95°C 25 - 35°C 7 – 12 °C 700W/m² 85 kW 77 kW 50 kWf 127 kW 200 m² Source : TECSOL

Dimensionamento do sistema

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Compressão

gás

Sorpção 88 100 ₁₀₀ 82 49 34 29 81 Caldeiras Turbo-alternador Transporte 0,6 2,8 0,82 0,88 0,38 COP_EP = 0.81 COP_EP = 0.49 Compressor Chiller de absorção Fonte : TECSOL

Capítulo E : Economia & Ambiente – Dados económicos

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Compressão

_gás

_Sorpção 88 100 50 41 49 34 29 81 Caldeiras Turbo-alternador Transporte 0,6 2,8 0,82 0,88 0,38

solar

41 COP_EP = 0.81 COP_EP = 0.98 Compressor Chiller de absorção Fonte : TECSOL

Capítulo E : Economia & Ambiente – Dados económicos

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Custos de

investimento e funcionamento

Aumento dos custos de electricidade e petróleo Chilers Térmicos de Absorção com sistema solar. Chilers de compressão eléctricos

10-12 anos _{tempo [anos]}

Fonte : Pink

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

Elevadas fracções solares para arrefecimento são necessárias quando se usa equipamento com baixo COP, apoiado em backup a fuel



Uma fracção solar baixa é aceitável quando o equipamento de

arrefecimento baseado em ciclo termico tem um COP elevado.



Uma alternativa consiste no uso de um chiller convencional como

backup (p.e. em casos com elevado valor de potência de arrefecimento)



Poupanças em energia primaria são sempre possiveis com base em sistemas térmicos autónomos, embora já não seja possivel garantir o em absoluto os limites de conforto interno.



Em qualquer caso o uso dos colectores solares deve ser maximizado fornecendo calor tambem a outras cargas como as de aquecimento ambiente e AQS.

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 [TWh] Heat Demand EU 25 - 2004 Solar Thermal 2020 - ESTIF Heat Demand EU 25 - 2030 Solar Thermal 2030 Solar Thermal Long term

Contribution of Solar Thermal

to the EU Heat Demand by Sector

Industry Commerce, Service Households

- 40%

2,8 % of total EU 25 heat demand (3,7% low temp.) 19 % of low. temp. heat demand 50% of low. temp. heat demand

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