Produzindo Local. Pensando Global. Publicação: Julho de 2007

(1)

Integração que gera energia e desenvolvimento

DIRETORIA T

É

CNICA

Veículos Elétricos e as

Concessionárias Elétricas no Brasil

Veículos Elétricos e as

(2)

Produzindo Local

.

Pensando Global

Publicação: Julho de 2007

(3)

(4)

Custo da energia, com tarifa residencial, para cada 100 km rodados: ~ US$ 3,00

É

prefer

í

vel usar diesel numa usina termel

é

trica

do que colocar no tanque do carro!

Eficiência energética (well-to-wheel) entre um Carro a Diesel / Carro Elétrico

Energia 100% Perdas: -9% Refinaria (p/termelétrica) Emissão _{de CO}₂ -36% Termelétrica -5% Rede Elétrica -8% Bateria -2% Motor Elétrico CARRO ELÉTRICO Perdas: -12% Refinaria (p/diesel) -73% Automóvel CARRO A DIESEL Emissão de CO2 ENERGIA ÚTIL 40% ENERGIA

ENERGIA ÚÚTILTIL 15%

Energia 100%

(5)

É

prefer

í

vel usar

diesel

em uma usina termel

é

trica

do que colocar no tanque de um carro !

Quantos

quilômetros

podem ser

percorridos

com um barril

de óleo cru ?

(6)

Motivação

-

Conservação do

Meio Ambiente

;

- Propiciar

uso racional e eficiente

dos recursos energéticos;

. aproveitamento da energia vertida turbinável.

- Promover o

desenvolvimento

social de forma

sustentável

;

. Pesquisa e Desenvolvimento;

. Tecnologia Nacional;

. Capacitação de Profissionais;

(7)

Análise de Conjuntura

Redução de Preços de Componentes Desenvolvimentos Tecnológicos e dos Processos de Fabricação Novas Tecnologias Estímulos Governamentais Necessidade Redução de Emissões Aumento da Eficiência Energética Estímulo da Utilização de VE’s

• Lançamento de novos modelos • Aumento da escala de produção • Queda de preços

• Avaliação positiva do público

• Novo mercado p/a energia Elétrica

Preços de Petróleo Elevados

Aquecimento Global

Outros Fatores de Influência

Motiva

(8)

Atividades

(9)

Principais Componentes

(10)

Baterias

Cabos e Conectores Infra-estrutura Monitoramento e Navegação

Ar condicionado

Motores e Inversores

Desenvolvimentos

(11)

Bancadas de Teste

Caminhão p/ Pequenas Cargas Mini-ônibus Elétrico

Estruturas Sistemas Mecânicos

Smart Grid

Desenvolvimentos

(12)

Linhas de Pesquisa

BATERIAS

Grupo de Trabalho: Eletrobrás/Cepel/Copel/Lactec

Atividades:

1. Especificação de equipamentos para ensaios

(preliminar)

;

2. Ensaios de carga/descarga, durabilidade, tempo de recarga efeito

memória, teste de stress e desempenho dinâmico

(em andamento)

;

3. Viabilidade de implementação de bateria chumbo-ácido;

4. Estudo comparativo de baterias

(iniciado)

.

(13)

Palio Weekend El

é

trico

Bateria de Sódio: 19,2 kWh

Motor: 15 kW (~20 cv ) Autonomia: 110 km

Velocidade max.: 100 km/h Tempo de Recarga: 8 h

Aplicação: uso urbano

(14)

PROT

Ó

TIPO DE CAMINHÃO EL

É

TRICO PARA PEQUENAS CARGAS

Atividades:

1. Definir requisitos para uso em condições agressivas

(estradas irregulares, poeira e calor excessivo)

– testes no protótipo

;

2. Desenvolver plataforma prevendo uso da energia gerada a partir da biomassa

(gerenciamento de recarga).

Linhas de Pesquisa

(15)

PROT

Ó

TIPO DE CAMINHÃO EL

É

TRICO PARA PEQUENAS CARGAS

Linhas de Pesquisa

Grupo de Trabalho: ITAIPU/FPTI/IVECO/WEG

O caminhão leve Iveco Daily Elétrico, recebeu o prêmio “Destaque Tecnológico” do Congresso SAE Brasil 2009 (Sociedade de Engenheiros da Mobilidade).

(16)

PROT

Ó

TIPO DE MINI

-

ÔNIBUS EL

É

TRICO

Grupo de Trabalho: ITAIPU/FPTI/IVECO/WEG/MASCARELLO

Atividades:

1.Especificação, integração e customização do conjunto;

a.Motor elétrico, caixa de redução

– WEG: em desenv.

;

b.Sistema de direção, freios e suspensão, ar condicionado

(IB: em desenv.)

;

c.Módulos eletrônicos de controle

(WEG: em desenv.)

e gerenciamento.

2. Atendimento dos requisitos de peso, segurança e conforto;

3. Desenvolver plataforma prevendo uso do hidrogênio.

(17)

MOTOR EL

É

TRICO E INVERSOR DE FREQUÊNCIA

Atividades:

1. Desenvolvimento de um motor de alto rendimento específico para

tração veicular

(em desenv.)

;

2. Desenvolvimento de inversor de freqüência com características

específicas para uso com baterias (LiPo, ZEBRA, etc)

- em desenv.

.

Linhas de Pesquisa

(18)

SISTEMA DE MONITORAMENTO E NAVEGA

Ç

ÃO

Grupo de Trabalho: ITAIPU / FPTI

Atividades

(em fase final de desenvolvimento)

:

1. Identificar, processar e armazenar grandezas físicas e elétricas do VE;

2. Integrar hardware de navegação e comunicação;

3. Desenvolver software de aquisição, tratamento de dados e interface

homem-máquina;

4. Identificar pontos necessários para instrumentação.

(19)

POSTO DE ABASTECIMENTO (ELETROPOSTO)

Atividades:

1. Projeto/design de

eletroposto

(1ª. versão em teste)

;

2. Identificar métodos de

tarifação;

3. Estudar a viabilidade do uso

de conector indutivo para

transferência de energia;

4. Implementar proteção

contra fraude.

Linhas de Pesquisa

(20)

TESTES DE RESISTÊNCIA

Linhas de Pesquisa

Viagem: IPU – ASU - IPU

Teste de "fogo“.

Da Usina à sede da Itaipu em Assunção

Dia 27 out.2009, o Projeto VE quebrou três barreiras.

Um dos protótipos fez seu maior percurso já registrado em estrada.

A primeira viagem entre dois países e com troca de baterias. Foram 350 km, 6 horas e três

baterias, com o auxílio de um dispositivo, que consiste de uma estrutura metálica para facilitar a troca de baterias.

Um sistema de trilhos acoplado ao carro, dispensa a retirada e colocação de parafusos e a troca da bateria demora menos que 10 minutos.

(21)

Acumuladores de Energia

(22)

Por que S

ó

dio e não L

í

tio ?

Argumentos da Aloxsys:

106 15`000 ppm Níquel ( Ni ) 3.80 0.24 45 0.75 11.70 3.16 104 large 65 ppm 28`300 ppm Litio ( Li ) Sódio ( Na ) Custo [ $/kWh ] Preço [ $/kg ] Energia [ Wh/g ] Produção [ t/a ] Frequencia sobre a Terra Reservas provadas >2*108 _t mais reciclagem

• Quantidade de

lítio é insuficiente

para atender grandes demandas.

• Sódio é abundante no planeta.

• Baterias de lítio são boas para pequenas aplicações.

• Baterias de sódio atenderiam grandes sistemas

.

Acumuladores de Energia

(23)

• As baterias ZEBRA são, praticamente, 100% recicláveis;

• Os metais são comumente usados nas indústrias;

• Matéria prima abundante no planeta;

• Não possui efeito memória (não vicia).

Sal

32%

Fe

22%

Cu

4%

Cerâmica

20%

Ni

20%

Miscelânea

2%

Bateria

ZEBRA

Acumuladores de Energia

(24)

Proposta ITAIPU

A) Custo p/ Tranf. da Tecnologia (Suíça->Brasil)

Consultoria 43,7% $US 2.625 Mil

1+7 pessoas, 2 anos, 1824 h/ano média 90 $US/h

Equipamentos 23,0% $US 1.375 Mil Subcontratos 33,3% $US 2.000 Mil

SUBTOTAL $US 6.000 Mil

Royalties: 15% dos 4% = 0,6%;

B) Custo Produção Pequena escala $US 1.500 Mil C) Custo 20 Especialistas (2 anos full time) $US 3.000 Mil D) Aplicação Estacionária Piloto (Equipamento/RH) $US 2.500 Mil

SUBTOTAL $US 6.000 Mil

Royalties dos outros sócios 85% dos 4% = 3,2%

TOTAL ESTIMADO $US 12.000 Mil

Acumuladores de Energia

(25)

Project Plan & Schedule

Salt Battery Project Milestone Plan

2011 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Short term

Battery life model with validation

Simulation & verification of cell and battery

Update present design based on simulation results New Generation EV battery controller

Medium term

Dev. & test "dry & fill" melt filling process Continue improved cell design investigation

Verify new seal design (reduced cost, more reliable) Ceramic forming process for large volume production Prototype battery design and construction

Long term

Corrosion testing for seal design

Thin plate β-ceramic production process Flat plate cell design, simulation and trials

Preparation BC, personal, laboratory space, etc.

2009 2010

Proposta ITAIPU

Acumuladores de Energia

(26)

ITAIPU/BIEL: Bateria Íon/Lítio

1. Assinatura do convênio

(US$ 87 mil – inclui transferência de tecnologia)

;

2. Elaboração do plano de trabalho;

3. Previsão orçamentária;

4. Inicio dos trabalhos previsto para 2009;

5. Acompanhamento e Treinamento a ITAIPU e parceiros do Projeto

(em andamento)

.

Acumuladores de Energia

(27)

BATERIA VIRAL

Protótipo de bateria que usa vírus e nanotubos de carbono.

A bateria, o disco prateado no centro, está sendo utilizada para alimentar um LED.

Os vírus recobrem a si mesmos com uma camada de fosfato de ferro e fixam-se sobre

“nanotubos” de carbono. Cada “nanofio” de fosfato de ferro pode ser conectado à malha de “nanotubos” . Os elétrons podem viajar ao longo da rede de “nanotubos” de carbono,

infiltrando-se através dos eletrodos até o fosfato de ferro e transferindo a energia de maneira otimizada.

A incorporação de nanotubos de carbono aumenta a condutividade do catodo sem adicionar muito peso à bateria

Fonte: Redação do site Inovação Tecnológica

Em agosto de 2008, cientistas do MIT, dentre eles a Dra. Angela Belcher, apresentaram um novo conceito de

bateria, que utiliza vírus geneticamente modificado para otimizar o

armazenamento de energia.

Esses vírus, geneticamente modificados, podem ser utilizados para fabricar tanto os terminais negativos quanto os

terminais positivos de uma bateria de íons de lítio.

Acumuladores de Energia

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BATERIA QUÂNTICA (OU SPINTRÔNICA)

Físicos das universidades de Tohoku e Tóquio - Japão, e da Universidade de Miami - EUA, desenvolveram um novo tipo de bateria, diferente de todos os modelos atuais.

Esse novo modelo armazena e libera energia ao explorar a propriedade quântica do spin dos elétrons.

Também pode-se “dar corda” na bateria de spin, para recarregá-la, aplicando um campo magnético externo, sem nenhuma reação química envolvida.

Futuramente, a nova bateria poderá ganhar capacidade suficiente para alimentar automóveis elétricos, que poderão ser definitivamente viabilizados.

Representação gráfica da estrutura da bateria quântica. O diâmetro é comparável ao de um fio de cabelo humano.

Ampliação da parte central da bateria. Os círculos brancos são os nanomagnetos, a parte funcional da bateria.

A bateria quântica possui nanomagnetos para induzir uma força eletromotriz.

Os princípios são os mesmos do modelo convencional, mas ela atua de forma

mais direta.

Acumuladores de Energia

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BATERIA NUCLEAR MINIATURIZADA

A inovação não está apenas na miniaturização desse pequeno gerador nuclear, mas também em seu semicondutor. A bateria nuclear portátil usa um semicondutor líquido, quando o normal das fontes nucleares é utilizar semicondutores sólidos.

A bateria nuclear ainda está em fase de desenvolvimento e, mesmo tendo o tamanho comparável ao de uma bateria de lítio do tipo botão.

Quando totalmente desenvolvidas, já próximo da etapa de comercialização, as baterias nucleares poderão ser tão finas quanto um fio de cabelo humano.

Reator nuclear miniaturizado vira bateria atômica,

com seis vezes mais capacidade do que as baterias

de lítio

O professor Jae Kwon, da Universidade de Missouri, está desenvolvendo baterias nucleares, pequenos dispositivos que, segundo o pesquisador, serão menores, mais leves e mais eficientes do que as baterias recarregáveis de lítio.

Acumuladores de Energia

(30)

(31)

VE’s no Sistema

(32)

VE

’

s no Sistema

VE parado

Recarregando a partir da rede

ou de outras fontes

Falta da rede

VE atuando como

No-Break

Horário de ponta

(33)

Consumo - Curva de Carga do SIN

35.000 40.000 45.000 50.000 55.000 60.000 65.000 0 :0 0 1 :0 0 2 :0 0 3 :0 0 4 :0 0 5 :0 0 6 :0 0 7 :0 0 8 :0 0 9 :0 0 1 0 :0 0 1 1 :0 0 1 2 :0 0 1 3 :0 0 1 4 :0 0 1 5 :0 0 1 6 :0 0 1 7 :0 0 1 8 :0 0 1 9 :0 0 2 0 :0 0 2 1 :0 0 2 2 :0 0 2 3 :0 0 Hora D e m a n d a MW MWh/h

14.05.2008 (Quarta Feira)

VE

’

s no Sistema

(34)

Ponta dentro da Ponta ~ 400MW 63.769 18:32 62.592 61.000 61.500 62.000 62.500 63.000 63.500 64.000 17:00 18:00 19:00 20:00 Hora D e m a n d a MW MWh/h 1.177 MW (1,9%) 14.05.2008 (Quarta Feira) 1 Bat. -> 20 kW 400 MW -> 20 mil Baterias

Custo atual para atender o pico:

Hidro: US$ 1500/kW Bateria: US$ 680/kW

Para 400 MW:

Hidro: US$ 600 milhões Bateria: US$ 272 milhões

VE’s de Consumidores: Custo Zero para o Setor Elétrico

Consumo - Curva de Carga do SIN

VE

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Baterias conectadas a Rede

Aplicações:

• Linearização da Curva de Carga (Load Leveling) • Qualidade de Energia (Power Quality)

• Controle Automático de Geração (AGC) • Estabilização de Parque Eólico

• Complementação p/ Sist. de Geração Distribuída (Energias Renováveis)

TEPCO’s Ohito Substation (Japan)

6MW, 48MWh NAS System (NA = sódio/ S = enxôfre)

American Electric Power

500 kW (PQ) / 720 kWh (PS) NAS Unit

Fonte: Electric Power Research Institute (EPRI)

VE

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American Electric Power: Bateria de Sódio

• Charleston, WV

• 1.2 MW, 7.2 MWh

• Operacional desde 26/Junho/06

Fonte: AEP

VE

(37)

(38)

Obrigado !

Antonio

Antonio OtOtééloloCardosoCardoso

Diretor Técnico Executivo